(57)【要約】【課題】部品点数を増加することなく、開口数（ＮＡ）と基板厚の異なる２つの青色光記録媒体について良好なスポットを形成する。【解決手段】ＮＡ０.８５の第１の青色光記録媒体１１０ａ、ＮＡ０.６５の第２の青色光記録媒体１１０ｂとの光記録媒体の種類に応じ、光源からの出射光の偏光方向を切り換える偏光面切換素子１０３と、偏光方向に応じて、反射，回折，吸収のいずれかの光学特性を利用し光束径の切り換えを行う偏光選択性開口制限素子１０６を備える。偏光面切換素子１０３にＴＮ型液晶を用い、電圧印加時には偏光方向を回転させ、非印加時には不感透過させる。また偏光選択性開口制限素子１０６に、偏光方向に応じ透過，反射で光束径を切り換える手段を用いる。これにより２つの青色光記録媒体に良好なスポットを形成できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用波長が同一であり、開口数および基板厚の異なる２種類の光記録媒体に記録あるいは再生を行う光ピックアップにおいて、
光源と、各光記録媒体に集光するための対物レンズと、前記光記録媒体に集光する光束の偏光方向を選択的に切り換える偏光面切換素子と、前記対物レンズへの入射光束の外周部分を前記入射光束の偏光方向に応じて、選択的に反射，回折，吸収のいずれか１を行う開口制限素子と、前記光記録媒体に応じて所定の収差を発生させる収差補正素子とを備えたことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項２】
使用波長が同一であり、開口数および基板厚の異なる２種類の光記録媒体に記録あるいは再生を行う光ピックアップにおいて、
光源と、各光記録媒体に集光するための対物レンズと、前記光記録媒体に集光する光束の偏光方向を選択的に切り換える偏光面切換素子と、前記対物レンズへの入射光束の外周部分を前記光記録媒体に応じて選択的に遮光，透過させる液晶素子を用いた開口制限素子と、前記光記録媒体に応じて所定の収差を発生させる収差補正素子とを備えたことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項３】
前記収差補正素子が、複屈折媒質と等方性媒質が結合されて形成された偏光選択性の回折光学素子あるいは位相シフタ素子であって、開口数の大なる光記録媒体に記録あるいは再生を行う光束の入射時は等方性媒質の屈折率と複屈折媒質の異常光線の屈折率が等しく、前記開口数の小なる前記光記録媒体に記録あるいは再生を行う光束の入射時は補正用の球面収差を発生させることを特徴とする請求項１または２記載の光ピックアップ。
【請求項４】
前記収差補正素子が、電圧印加により光軸中心に同心円状の位相変化を与える液晶素子であることを特徴とする請求項１または２記載の光ピックアップ。
【請求項５】
前記収差補正素子が、鋸歯状あるいは階段状の断面形状を有する回折素子であって、光記録媒体に応じて、選択的に異なる回折次数の光束を用いて記録あるいは再生することを特徴とする請求項１または２記載の光ピックアップ。
【請求項６】
前記回折素子が、対物レンズと一体成形され、回折格子が前記対物レンズの光源側表面に形成されたことを特徴とする請求項５記載の光ピックアップ。
【請求項７】
前記回折素子が、開口数の大なる光記録媒体に対しては０次光を照射し、開口数の小なる光記録媒体に対しては１次回折光を照射し、０次光と１次回折光の効率比が略１：１.７となることを特徴とする請求項５または６記載の光ピックアップ。
【請求項８】
前記回折素子が、開口数の大なる光記録媒体に対しては０次光を照射し、開口数の小なる光記録媒体に対しては１次回折光を照射し、当該光ピックアップが２つの光記録媒体のいずれか１に対しては再生のみを行い、前記再生を行う側の回折効率が、他の一方より小であることを特徴とする請求項５または６記載の光ピックアップ。
【請求項９】
使用波長が同一であり、開口数および基板厚の異なる第１，第２の光記録媒体に記録あるいは再生を行い、さらに使用波長が異なる第３，第４の光記録媒体に記録あるいは再生を行う光ピックアップにおいて、
波長の異なる３種類の光源と、各光記録媒体に集光するための対物レンズと、前記光記録媒体に集光する光束の偏光方向を選択的に切り換える偏光面切換素子と、前記対物レンズへの入射光束を光記録媒体に応じて選択的に外周部分を２段階以上で遮光，透過させる液晶素子を用いた開口制限素子と、光記録媒体に応じて電圧印加により光軸中心に同心円状の収差を発生させる収差補正用液晶素子を備えたことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１０】
使用波長（λ１）が同一であり、開口数および基板厚の異なる第１，第２の光記録媒体に記録あるいは再生を行い、さらに使用波長（λ２，λ３；λ１＜λ２＜λ３）が異なる第３，第４の光記録媒体に記録あるいは再生を行う光ピックアップにおいて、
波長の異なる３種類の光源と、各光記録媒体に集光するための対物レンズと、前記光記録媒体に集光する光束の偏光方向を選択的に切り換える偏光面切換素子と、前記対物レンズへの入射光束を光記録媒体に応じて選択的に外周部分を２段階以上で遮光，透過させる液晶素子を用いた開口制限素子と、前記第２の光記録媒体用の偏光選択性の収差補正素子とを備え、前記第３，第４の光記録媒体の光路は前記対物レンズと前記収差補正素子により発生する球面収差を補正する有限系の倍率であることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１１】
使用波長（λ１）が同一であり、開口数および基板厚の異なる第１，第２の光記録媒体に記録あるいは再生を行い、さらに使用波長（λ２，λ３；λ１＜λ２＜λ３）が異なる第３，第４の光記録媒体に記録あるいは再生を行う光ピックアップにおいて、
波長の異なる３種類の光源と、各光記録媒体に集光するための対物レンズと、前記光記録媒体に集光する光束の偏光方向を選択的に切り換える偏光面切換素子と、前記対物レンズへの入射光束の光記録媒体に応じて選択的に外周部分を２段階以上で遮光，透過させる液晶素子を用いた開口制限素子と、使用波長（λ１，λ３）の透過光については不感帯であり、使用波長（λ２）の透過光についてのみ所定の収差を付加する波長選択性の収差補正素子を備えたことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１２】
使用波長が同一であり、開口数および基板厚の異なる第１，第２の光記録媒体に記録あるいは再生を行い、さらに使用波長が異なる第３，第４の光記録媒体に記録あるいは再生を行う光ピックアップにおいて、
波長の異なる３種類の光源と、４種類の光記録媒体の少なくともいずれか２以上に対して、０.０７λｒｍｓ以下で集光する貼り合せ型あるいは回折面が形成された対物レンズと、前記光記録媒体に集光する光束の偏光方向を選択的に切り換える偏光面切換素子と、前記対物レンズへの入射光束の光記録媒体に応じて選択的に外周部分を２段階以上で遮光，透過させる液晶素子を用いた開口制限素子とを備えたことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１３】
使用波長（λ１）が同一であり、開口数および基板厚の異なる第１，第２の光記録媒体に記録あるいは再生を行い、さらに使用波長（λ２，λ３；λ１＜λ２＜λ３）が異なる第３，第４の光記録媒体に記録あるいは再生を行う光ピックアップにおいて、
波長の異なる３種類の光源と、各光記録媒体に集光するための対物レンズと、前記対物レンズへの入射光束を光記録媒体に応じて選択的に外周部分を２段階以上で遮光，透過させる液晶素子を用いた開口制限素子と、少なくとも使用波長（λ１）の光源からの光束の発散状態を切り換えるエキスパンダー光学系を備え、前記第１の光記録媒体に対しては収斂系、前記第２の光記録媒体および前記第３の光記録媒体に対しては無限系、前記第４の光記録媒体に対しては発散系の光束を前記対物レンズに入射させることを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載される光ピックアップを用いて、光記録媒体に対して情報の記録，再生，消去の少なくもと１以上を行うことを特徴とする光情報処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数種類の光記録媒体に対して情報の記録，再生，消去の少なくともいずれか１以上を行う光ピックアップとこれを用いる光情報処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
映像情報、音声情報、またはコンピュータ上のデータを保存する手段として、記録容量０.６５ＧＢのＣＤ、記録容量４.７ＧＢのＤＶＤなどの光記録媒体が普及しつつある。そして、近年、さらなる記録密度の向上および大容量化の要求が強くなっている。
【０００３】
このような光記録媒体の記録密度を上げる手段としては、光記録媒体に情報の書き込みまたは呼び出しを行う光ピックアップにおいて、対物レンズの開口数（以下、ＮＡという）を大きくすること、あるいは、光源の波長を短くすることにより、この対物レンズによって集光され、光記録媒体上に形成されるビームスポットの小径化が有効である。そこで、例えば、「ＣＤ系光記録媒体」では、対物レンズのＮＡが０.５０、光源の波長が７８０ｎｍとされているのに対して、「ＣＤ系光記録媒体」よりも高記録密度化がなされた「ＤＶＤ系光記録媒体」では、対物レンズのＮＡが０.６５、光源の波長が６６０ｎｍとされている。そして、光記録媒体は、前述したように、さらなる記録密度の向上および大容量化が望まれており、そのためには、対物レンズのＮＡを０.６５よりもさらに大きく、あるいは、光源の波長を６６０ｎｍよりもさらに短くすることが望まれている。
【０００４】
このような大容量の光記録媒体および光情報処理装置として、２つの規格が提案されている。１つは、非特許文献１に記載されているような、青色の波長領域の光源とＮＡ０.８５の対物レンズを用いて、２２ＧＢ相当の容量確保を満足する「Ｂlu-ray Ｄisc」規格である。もう１つは、非特許文献２に記載されているような、青色波長は同じであるが、ＮＡ０.６５の対物レンズを用いて、２０ＧＢ相当の容量確保を満足する「ＨＤ  ＤＶＤ」の規格である。
【０００５】
前者はＤＶＤ系光記録媒体に比べ短波長化、高ＮＡ化の変更により大容量化を行い、後者は高ＮＡ化を行わない代わりに信号処理の工夫により線記録密度の向上を可能とし、ランドグルーブ記録採用によりトラックピッチを狭くすることにより大容量化を行っている。
【０００６】
さらに、光記録媒体の傾斜により生じるコマ収差においては、光記録媒体の厚さｄに比例し、対物レンズのＮＡの３乗に比例する。そのため高密度化するには対物レンズのＮＡを高めることによって光記録媒体を薄くする必要がある。ＣＤ系光記録媒体の１.２ｍｍからＤＶＤ系光記録媒体の０.６ｍｍに薄くしているのもそのためであり、前記「Ｂlu-ray Ｄisc」規格では、０.１ｍｍの基板厚が採用されている。一方の「ＨＤ  ＤＶＤ」はＤＶＤ系光記録媒体と同様の０.６ｍｍで規格化されている。ディスクメディアなどの量産に現行ＤＶＤ向けの設備を流用できるメリットがある。
【０００７】
また、これらの光記録媒体の互換性を達成する方法の一例が特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開２００４−３０７２５号公報
【非特許文献１】奥万寿男ほか、「Ｂlu-ray Ｄiscが目指すもの」、日経エレクトロニクス  ２００３.０３.３１号、ｐ.１３５−１５０
【非特許文献２】山田尚志ほか、「ＤＶＤから生まれた次世代仕様「ＨＤ  ＤＶＤ」」、日経エレクトロニクス  ２００３.１０.１３号  ｐ.１２５−１３４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述したように青色波長帯域の光源を用いた２規格が提案されている。しかしながら、利用者としてはこれら２規格の光記録媒体を区別なく同一の光情報処理装置で取り扱えることが望ましい。これを実現する最も簡単な方法としては、複数の光ピックアップを搭載する方法がある。しかしながらこの方法では、小型化、低コスト化を達成することは難しい。そこで、２つの青色規格に対して、共通の光源、かつ共通の対物レンズで記録あるいは再生を行える光ピックアップであることが望まれる。ところが、このような構成においては次の２課題が存在する。
【０００９】
１.基板厚差に伴う球面収差
波長（λ）４０５ｎｍ、ＮＡ０.８５、基板厚（ｔ）０.１ｍｍの第１の青色光記録媒体に対して、無限系入射（対物レンズへの入射光束が平行光で入射する状態を意味する）で波面収差最小となる単一の対物レンズを用いて、波長（λ）６６０ｎｍ、ＮＡ０.６５、基板厚（ｔ）０.６ｍｍの第２の青色光記録媒体に無限系入射でスポット形成させた場合、基板厚みの違いに伴う球面収差が発生することから、これを補正する必要がある。
【００１０】
２.ＮＡの違いに伴う開口制限の必要性
前述の青色２規格については、それぞれＮＡが、０.８５，０.６５と異なるため、これらを選択的に切り換える必要がある。
【００１１】
さらに、利用者の手元には、従来の光記録媒体であるＣＤ、ＤＶＤが存在する。これらの光記録媒体と前記新規格の光記録媒体をともに同一の光情報処理装置で取り扱えることが望ましい。前記同様に、基板厚と波長の違いに伴う球面収差補正と、ＮＡの違いに伴う開口の切り換えが必要である。
【００１２】
本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、部品点数を増加させることなく、ＮＡと基板厚の異なる２つの青色光記録媒体、例えば「Ｂlu-ray Ｄisc」規格と「ＨＤ  ＤＶＤ」規格について良好なスポットを形成可能とし、さらに、従来から使用されているＤＶＤ系光記録媒体、あるいはＣＤ系光記録媒体についても良好なスポットを形成可能な光ピックアップとこれを用いる光情報処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載した光ピックアップは、使用波長が同一であり、開口数（ＮＡ）および基板厚の異なる２種類の光記録媒体に記録あるいは再生を行う光ピックアップにおいて、光源と、各光記録媒体に集光するための対物レンズと、光記録媒体に集光する光束の偏光方向を選択的に切り換える偏光面切換素子と、対物レンズへの入射光束の外周部分を入射光束の偏光方向に応じて、選択的に反射，回折，吸収のいずれか１を行う開口制限素子と、光記録媒体に応じて所定の収差を発生させる収差補正素子とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項２に記載した光ピックアップは、使用波長が同一であり、開口数および基板厚の異なる２種類の光記録媒体に記録あるいは再生を行う光ピックアップにおいて、光源と、各光記録媒体に集光するための対物レンズと、光記録媒体に集光する光束の偏光方向を選択的に切り換える偏光面切換素子と、対物レンズへの入射光束の外周部分を光記録媒体に応じて選択的に遮光，透過させる液晶素子を用いた開口制限素子と、光記録媒体に応じて所定の収差を発生させる収差補正素子とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、請求項３〜８に記載した光ピックアップは、請求項１，２の光ピックアップにおいて、収差補正素子が、複屈折媒質と等方性媒質が結合されて形成された偏光選択性の回折光学素子あるいは位相シフタ素子であって、開口数の大なる光記録媒体に記録あるいは再生を行う光束の入射時は等方性媒質の屈折率と複屈折媒質の異常光線の屈折率が等しく、開口数の小なる光記録媒体に記録あるいは再生を行う光束の入射時は補正用の球面収差を発生させること、また電圧印加により光軸中心に同心円状の位相変化を与える液晶素子であること、また鋸歯状あるいは階段状の断面形状を有する回折素子であって、光記録媒体に応じて、選択的に異なる回折次数の光束を用いて記録あるいは再生すること、さらに回折素子が、対物レンズと一体成形され、回折格子が対物レンズの光源側表面に形成されたこと、また開口数の大なる光記録媒体に対しては０次光を照射し、開口数の小なる光記録媒体に対しては１次回折光を照射し、０次光と１次回折光の効率比が略１：１.７となること、また開口数の大なる光記録媒体に対しては０次光を照射し、開口数の小なる光記録媒体に対しては１次回折光を照射し、当該光ピックアップが２つの光記録媒体のいずれか１に対しては再生のみを行い、再生を行う側の回折効率が、他の一方より小であることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項９に記載した光ピックアップは、使用波長が同一であり、開口数および基板厚の異なる第１，第２の光記録媒体に記録あるいは再生を行い、さらに使用波長が異なる第３，第４の光記録媒体に記録あるいは再生を行う光ピックアップにおいて、波長の異なる３種類の光源と、各光記録媒体に集光するための対物レンズと、光記録媒体に集光する光束の偏光方向を選択的に切り換える偏光面切換素子と、対物レンズへの入射光束を光記録媒体に応じて選択的に外周部分を２段階以上で遮光，透過させる液晶素子を用いた開口制限素子と、光記録媒体に応じて電圧印加により光軸中心に同心円状の収差を発生させる収差補正用液晶素子を備えたことを特徴とする。
【００１７】
また、請求項１０に記載した光ピックアップは、使用波長（λ１）が同一であり、開口数および基板厚の異なる第１，第２の光記録媒体に記録あるいは再生を行い、さらに使用波長（λ２，λ３；λ１＜λ２＜λ３）が異なる第３，第４の光記録媒体に記録あるいは再生を行う光ピックアップにおいて、波長の異なる３種類の光源と、各光記録媒体に集光するための対物レンズと、光記録媒体に集光する光束の偏光方向を選択的に切り換える偏光面切換素子と、対物レンズへの入射光束を光記録媒体に応じて選択的に外周部分を２段階以上で遮光，透過させる液晶素子を用いた開口制限素子と、第２の光記録媒体用の偏光選択性の収差補正素子とを備え、第３，第４の光記録媒体の光路は対物レンズと収差補正素子により発生する球面収差を補正する有限系の倍率であることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項１１に記載した光ピックアップは、使用波長（λ１）が同一であり、開口数および基板厚の異なる第１，第２の光記録媒体に記録あるいは再生を行い、さらに使用波長（λ２，λ３；λ１＜λ２＜λ３）が異なる第３，第４の光記録媒体に記録あるいは再生を行う光ピックアップにおいて、波長の異なる３種類の光源と、各光記録媒体に集光するための対物レンズと、光記録媒体に集光する光束の偏光方向を選択的に切り換える偏光面切換素子と、対物レンズへの入射光束の光記録媒体に応じて選択的に外周部分を２段階以上で遮光，透過させる液晶素子を用いた開口制限素子と、使用波長（λ１，λ３）の透過光については不感帯であり、使用波長（λ２）の透過光についてのみ所定の収差を付加する波長選択性の収差補正素子を備えたことを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１２に記載した光ピックアップは、使用波長が同一であり、開口数および基板厚の異なる第１，第２の光記録媒体に記録あるいは再生を行い、さらに使用波長が異なる第３，第４の光記録媒体に記録あるいは再生を行う光ピックアップにおいて、波長の異なる３種類の光源と、４種類の光記録媒体の少なくともいずれか２以上に対して、０.０７λｒｍｓ以下で集光する貼り合せ型あるいは回折面が形成された対物レンズと、光記録媒体に集光する光束の偏光方向を選択的に切り換える偏光面切換素子と、対物レンズへの入射光束の光記録媒体に応じて選択的に外周部分を２段階以上で遮光，透過させる液晶素子を用いた開口制限素子とを備えたことを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１３に記載した光ピックアップは、使用波長（λ１）が同一であり、開口数および基板厚の異なる第１、第２の光記録媒体に記録あるいは再生を行い、さらに使用波長（λ２，λ３；λ１＜λ２＜λ３）が異なる第３，第４の光記録媒体に記録あるいは再生を行う光ピックアップにおいて、波長の異なる３種類の光源と、各光記録媒体に集光するための対物レンズと、対物レンズへの入射光束を光記録媒体に応じて選択的に外周部分を２段階以上で遮光，透過させる液晶素子を用いた開口制限素子と、少なくとも使用波長（λ１）の光源からの光束の発散状態を切り換えるエキスパンダー光学系を備え、第１の光記録媒体に対しては収斂系、第２の光記録媒体および第３の光記録媒体に対しては無限系、第４の光記録媒体に対しては発散系の光束を対物レンズに入射させることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１４に記載した光情報処理装置は、請求項１〜１３のいずれか１項に記載される光ピックアップを用いて、光記録媒体に対して情報の記録，再生，消去の少なくもと１以上を行うことを特徴とする。
【００２２】
前記構成によれば、１つの対物レンズで開口数と基板厚の異なる青色光記録媒体に良好なスポットを形成でき、さらに従来から使用のＤＶＤ系あるいはＣＤ系の光記録媒体にも良好なスポットを形成することもでき、また、この光ピックアップを用いた光情報処理装置によって、複数種類の光記録媒体に対して情報の記録，再生，消去を行うことができる。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明によれば、所定の収差補正と開口制限を行う手段を備えて、１つの対物レンズで開口数（ＮＡ）と基板厚の異なる２つの青色光記録媒体について良好なスポットを形成でき、さらに、従来から使用されているＤＶＤ系光記録媒体、あるいはＣＤ系光記録媒体についても良好なスポットを形成することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
【００２５】
図１は本発明の実施の形態１における光ピックアップであり、「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.８５、光照射側基板厚０.１ｍｍの第１の青色光記録媒体」と「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍの第２の青色光記録媒体」をともに記録または再生、消去できる光ピックアップの概略構成を示す図である。
【００２６】
図１に示す光ピックアップの要部は、波長４０５ｎｍの半導体レーザ１０１、コリメートレンズ１０２、偏光面切換素子１０３、ハーフミラー１０４’、偏向プリズム１０５、偏光選択性開口制限素子１０６、偏光選択性収差補正素子１０７、対物レンズ１０９、検出レンズ１１１、光束分割手段１１２、受光素子１１３より構成されている。
【００２７】
ここで、対物レンズ１０９は、「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.８５、光照射側基板厚０.１ｍｍの第１の青色光記録媒体」に対し、無限系で波面収差が最小になるように設計されている。一般に対物レンズは高ＮＡになるほど公差が厳しくなるので、ＮＡ０.８５とＮＡ０.６５で比べると、ＮＡ０.８５での望ましい特性を出す方が難しくなるので、特に、ＮＡ０.８５で収差が補正された非球面レンズを使うことが望ましいためである。
【００２８】
第１，第２の青色光記録媒体１１０ａ，１１０ｂはそれぞれ基板厚さ、使用波長が異なる光記録媒体で、第１の青色光記録媒体１１０ａは基板厚さが０.１ｍｍの光記録媒体で、第２の青色光記録媒体１１０ｂは基板厚さが０.６ｍｍの光記録媒体である。記録または再生時にはいずれかの光記録媒体のみが図示しない回転機構にセットされて高速回転される。
【００２９】
まず、「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.８５、光照射側基板厚０.１ｍｍの第１の青色光記録媒体」を記録または再生する場合について説明する。波長４０５ｎｍの半導体レーザ１０１から出射した直線偏光の発散光は、コリメートレンズ１０２で略平行光とされ、偏光面切換素子１０３で偏光方向を紙面垂直面内で９０度回転され、ハーフミラー１０４’を透過し、偏向プリズム１０５で光路を９０度偏向され、偏光選択性開口制限素子１０６と偏光選択性収差補正素子１０７を不感帯透過し、対物レンズ１０９に入射し、第１の青色光記録媒体１１０ａ上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録あるいは消去が行われる。第１の青色光記録媒体１１０ａから反射した光束は、再び略平行光とされ、ハーフミラー１０４’で反射され、検出レンズ１１１で収束光とされ、光束分割手段１１２により複数の光路に偏向分割され受光素子１１３に至る。受光素子１１３からは、情報信号，サーボ信号が検出される。
【００３０】
次に、「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍの第２の青色光記録媒体」を記録または再生する場合について説明する。波長４０５ｎｍの半導体レーザ１０１から出射した直線偏光の発散光は、コリメートレンズ１０２で略平行光とされ、偏光面切換素子１０３では偏光方向に回転はされずにそのまま透過し、ハーフミラー１０４’を透過し、偏向プリズム１０５で光路を９０度偏向され、偏光選択性開口制限素子１０６でＮＡ０.６５に制限され、偏光選択性収差補正素子１０７において所定の球面収差が付加され、対物レンズ１０９に入射し、第２の青色光記録媒体１１０ｂ上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録あるいは消去が行われる。第２の青色光記録媒体１１０ｂから反射した光束は、再び略平行光とされ、ハーフミラー１０４’で反射され、検出レンズ１１１で収束光とされ、光束分割手段１１２により複数の光路に偏向分割され受光素子１１３に至る。受光素子１１３からは、情報信号，サーボ信号が検出される。
【００３１】
以下、青色２方式互換のために、本実施の形態１で採用している光学部品について説明する。
【００３２】
まず、ＮＡと光束径に関する条件として、本実施の形態１では、光記録媒体に応じて、ＮＡを切り換える必要がある。すなわち、第１の青色光記録媒体１１０ａではＮＡ０.８５であり、第２の青色光記録媒体１１０ｂではＮＡ０.６５である。対物レンズ１０９の焦点距離をｆ、集光に利用される光束の有効径をφとしたとき、ＮＡは次の式（数１）で与えられる。
【００３３】
【数１】
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よって、光記録媒体の種類に応じて、通過光束径を切り換える手段を用いればよい。そこで、光記録媒体に応じて、光源からの出射光の偏光方向を切り換える偏光面切換素子１０３と、偏光方向に応じて、反射，回折，吸収のいずれかの光学特性を利用して光束径の切り換えを行う偏光選択性開口制限素子１０６を選択すればよい。
【００３４】
また、偏光面切換素子１０３としては、ＴＮ（ツイスト・ネマティック）型液晶を用いればよい。ＴＮ型液晶は電圧を加えたときには偏光方向を回転させ、電圧を印加させないときは不感透過させることで一般に知られている。
【００３５】
偏光選択性開口制限素子１０６としては、例えば偏光方向に応じて、図２のように透過，反射によって光束径を切り換える手段を用いればよい。偏光選択性開口制限素子１０６は図３（ａ）に示す構造をしている。すなわち、偏光フィルム１２６が透明ガラス１２７により挟まれ、特定方向に偏光する光束を透過させる。また、透明ガラス１２７でなく、透明性の高い樹脂でもよい。偏光フィルム１２６の偏光領域は図３（ｂ）に示すようになっている。すなわち、偏光選択性開口制限素子１０６は外周部の偏光フィルム形成領域１２９では、偏光フィルム１２６により特定方向に偏光する光束のみを透過させる。なお、偏光選択性開口制限素子１０６の内周部における領域１２８の直径はＮＡ０.８５、有効光束直径３ｍｍの対物レンズの場合、実効的ＮＡが０.６５になるように約２.３ｍｍの円形とする。なお、有効光束直径３ｍｍ以外の場合、これに比例してアパーチャの径を変更し実効的ＮＡが０.６５となる大きさとする。
【００３６】
第１の青色光記録媒体１１０ａの場合、図４に示すように、ＴＮ型液晶である偏光面切換素子１０３に電圧を加えない。その結果、コリメートレンズ１０２から出た紙面に平行な方向に偏光する光束は、ＴＮ型液晶の偏光面切換素子１０３により偏光方向を９０度変えられ紙面に垂直な方向に偏光するようになり、偏光選択性開口制限素子１０６で遮光されず透過し、対物レンズ１０９に入射する。
【００３７】
次に、第２の青色光記録媒体の場合、ＴＮ型液晶である偏光面切換素子１０３に電圧を加える。その結果、コリメートレンズ１０２から出た紙面に平行な方向に偏光する光束は、偏光面切換素子１０３により偏光方向を変えられずに透過し、偏光選択性開口制限素子１０６で外周部の偏光フィルム形成領域１２９で遮光され内周部の領域１２８からだけ透過して対物レンズ１０９に入射する。
【００３８】
本実施の形態１では、偏光面切換素子１０３はコリメートレンズ１０２とハーフミラー１０４’の間にあるが、ハーフミラー１０４’と偏光選択性開口制限素子１０６の間であってもよい。なお、図３（ｂ）では、内周側に円形の透孔の領域１２８を形成したが、必ずしも円形とする必要はなく、楕円形状であってもよい。
【００３９】
また、本実施の形態１の偏光選択性開口制限素子１０６としては、偏光方向に応じて、図５のように回折によって光束径を切り換える手段でもよい。具体的には偏光選択性を有する回折格子を形成してやればよい。
【００４０】
さらに、本実施の形態１の偏光選択性開口制限素子１０６として、例えば複屈折媒質を使って偏光選択性回折光学素子を構成して外周光を回折させてもよい。ここで、図６（ａ）を参照して複屈折媒質に対する偏光された光束の透過特性を検討する。図６（ａ）は一般的な複屈折媒質に光束が入射した場合の透過する光束の進行経路を表した図である。複屈折媒質に光束が入射すると、その入射した光束の偏光によって光束の進行経路が変化する。すなわち、図６（ａ）に示したように、複屈折媒質に対して紙面平行方向に偏光された光束は複屈折媒質を透過するときに光束の経路が変化しない。この光束を常光線という。一方、複屈折媒質に対して紙面垂直方向に偏光された光束は複屈折媒質を透過するときに光束の経路が変化する。この光束を異常光線という。
【００４１】
このような複屈折媒質を利用した本実施の形態１による偏光選択性回折光学素子について説明する。図６（ｂ）は本実施の形態１における回折光学素子の光束が入射される面を表した図で、図６（ｃ）は図６（ｂ）のＡ−Ａ’線の断面図である。
【００４２】
図６（ｃ）に示した回折光学素子は、等方性媒質１３１と複屈折媒質１３２とこれらを挟むようにして配置されたガラス１３０とからなる。複屈折媒質１３２は図６（ｄ）に示すように鋸歯状に形成されたものが円心部から円周に同心円に多数形成された形状となっている。等方性媒質１３１はこの複屈折媒質１３２と相補的な形状であり、複屈折媒質１３２の鋸歯状に形成された面に密着している。なお、断面形状はこれに限られるものでなく、図６（ｄ）に示すような階段状に高さが変化した面でもよい。
【００４３】
図６（ｃ）と図６（ｄ）を参照して回折光学素子を利用した開口制限方法について説明する。図５は開口制限素子に入射される光束の偏光方向による透過状態を現した図である。図６（ｃ）に示したように、複屈折媒質１３２は入射される光束の偏光方向にしたがってｎｏ＿４０５（波長４０５ｎｍにおける正常屈折率）とｎｅ＿４０５（波長４０５ｎｍにおける異常光屈折率）の屈折率を持つ。ここで、ｎｏは常光線に対する屈折率（正常屈折率）を表して、ｎｅは異常光線に対する屈折率（異常光屈折率）をそれぞれ表す。ここで、等方性媒質１３１の屈折率ｎ１＿４０５とｎｅ＿４０５を等しくなるように等方性媒質１３１と複屈折媒質１３２を選択して開口制限素子を製作した場合について検討する。
【００４４】
第１の青色光記録媒体については、光束の偏光方向を異常光線の偏光方向と等しくして入射させる。すると、等方性媒質１３１と複屈折媒質１３２で屈折率が同じであるから、光束は何の影響もなく透過する。一方、第２の青色光記録媒体については、第１の青色光記録媒体と直交する方向（常光線の偏光方向）に偏光された光束とする。その光束が入射すると、等方性媒質１３１と複屈折媒質１３２で互いに異なる屈折率となる。したがって、開口制限素子の等方性媒質１３１と複屈折媒質１３２の境界面の形状によって回折が起きて進行経路が変わる。図５に示したように、第１の青色光記録媒体に対して開口制限素子は不感帯である。しかし、第２の青色光記録媒体の場合には開口制限素子に入射される光束は外周部において回折が起きる。この回折方向をＮＡ０.６５で光記録媒体上に集光されるスポットとは異なる方向に集光あるいは散乱させればよい。
【００４５】
さらに、本実施の形態１における偏光選択性開口制限素子１０６としては、偏光方向に応じて、図７に示すように吸収によって光束径を切り換える手段でもよい。
【００４６】
次に、使用波長４０５ｎｍ、基板厚０.１ｍｍの第１の青色光記録媒体に対して良好な収差特性となるよう設計されたＮＡ０.８５の対物レンズを、使用波長は同一の波長４０５ｎｍで基板厚０.６ｍｍの第２の青色光記録媒体にＮＡ０.６５で用いたときに発生する波面収差を図８に示す。図８は横軸に入射瞳半径をとり、縦軸に波面収差を表す。図８は位相差分布の２次元的な断面形状を表しているが、実際には縦軸（ＮＡ＝０）に関して回転対称な３次元的な分布となっている。このような発生収差を補正するための偏光選択収差補正素子の構成とその作用，効果について以下に具体的に説明する。
【００４７】
まず、前記開口制限と同様に、複屈折媒質の回折効果を利用した偏光選択性収差補正素子について説明する。図９は本実施の形態１における収差補正素子の光束が入射される面を表した図で、図１０（ａ）および図１０（ｂ）はそれぞれ異なる構成例の図９のＡ−Ａ’線の断面図である。
【００４８】
図１０（ａ）と図１０（ｂ）に示した本実施の形態１の収差補正素子は、等方性媒質１３３と複屈折媒質１３４とこれらを挟むようにして配置されたガラス１３０とからなる。複屈折媒質１３４は図１０（ａ）に示すように鋸歯状に形成されたものが円心部から円周に同心円に多数形成された形状としている。等方性媒質１３３はこの複屈折媒質１３４と相補的な形状であり、複屈折媒質の鋸歯状に形成された面に密着している。断面形状はこれに限られるものでなく、図１０（ｂ）に示すような階段状に高さが変化した面でもよい。
【００４９】
この図１０（ａ）と図１０（ｂ）を参照して回折光学素子を利用した収差補正方法について説明する。図１１は図１０（ａ）の収差補正素子（回折光学素子）に入射される光束の偏光方向による透過光束の形状を現した図である。図１０（ａ）に示したように、複屈折媒質１３４は入射される光束の偏光方向にしたがってｎｏ＿４０５とｎｅ＿４０５の屈折率を持つ。ここで、ｎｏは常光線に対する屈折率（正常屈折率）を表して、ｎｅは異常光線に対する屈折率（異常光屈折率）をそれぞれ表す。等方性媒質の屈折率ｎ１＿４０５とｎｅ＿４０５を等しくなるように等方性媒質１３３と複屈折媒質１３４を選択して収差補正素子を製作した場合について検討する。
【００５０】
第１の青色光記録媒体については光束の偏光方向を異常光線の偏光方向と等しくして入射させる。すると、等方性媒質１３３と複屈折媒質１３４で屈折率が同じであるから、波長４０５ｎｍの光束は何の影響もなく透過する。
【００５１】
一方、第２の青色光記録媒体については第１の青色光記録媒体と直交する方向（常光線の偏光方向）に偏光された光束とする。その光束が入射すると、等方性媒質１３３と複屈折媒質１３４で互いに異なる屈折率となる。したがって、収差補正素子の等方性媒質１３３と複屈折媒質１３４の境界面の形状によって回折が起きて進行経路が変わり、球面収差を補正することができるようになる。図１１に示したように、第１の青色光記録媒体に対して収差補正素子は不感帯である。しかし、第２の青色光記録媒体の場合には収差補正素子に入射される光束の波面は直線なのに対して、収差補正素子を透過した光束の波面は曲線となる。これは収差補正素子内の複屈折媒質と等方性媒質の境界面で発生する回折による効果で、これによって球面収差を補正することができる。
【００５２】
このとき、回折格子の深さを適切に調節すると、第２の青色光記録媒体の記録再生時の光束の回折効率を最大にすることができる。逆にいうと、光量損失の問題を解決することができる。
【００５３】
なお、複屈折材料は方解石、ＬiＮbＯ３、ＬiＴaＯ３などの光学結晶で形成してもよい。また液晶を重合硬化させた高分子性液晶や、１軸延伸により複屈折性が発現するポリカーボネートなどの高分子材料で形成してもよい。
【００５４】
収差補正素子としては前述のような回折を利用したものに限られず、０次光を利用した補正方法であってもよい。複屈折媒質を利用した本実施の形態１による位相シフタ素子について説明する。図１２において、ガラス１３０などの等方性屈折率を有する透光性基板上に常光屈折率がｎｏ＿４０５で異常光屈折率がｎｅ＿４０５の複屈折材料層の複屈折媒質１３４を形成するものとする。複屈折媒質１３４に半導体レーザなどの光源から光束が入射したとき、その透過光が光軸から離れて周辺に向かうにつれて複屈折媒質の厚さが変化し、かつその厚さは光軸に関して回転対称性を有するように、エッチング加工する。この回転対称性を有している複屈折媒質１３４の形状は透過光の波面収差を補正する形状とする。このように形成された複屈折媒質１３４の凹部分を等方性屈折率ｎ１＿４０５の透明な充填剤（等方性媒質）を用いて埋め、等方性屈折率を有する透光性基板である２枚のガラス１３０で複屈折媒質１３４を挟み込み、偏光選択性収差補正素子を作製することが可能である。充填剤の屈折率ｎ１＿４０５は、複屈折媒質１３４の異常光屈折率ｎｅ＿４０５とほぼ等しくなるように材料を選定する。
【００５５】
第１の青色光記録媒体については光束の偏光方向を異常光線の偏光方向と等しくして入射させる。すると、充填剤と複屈折媒質１３４で屈折率が同じであるから、波長４０５ｎｍの光束は何の影響もなく透過する。
【００５６】
一方、第２の青色光記録媒体については第１の青色光記録媒体と直交する方向（常光線の偏光方向）に偏光された光束とする。その光束が入射すると、充填剤と複屈折媒質１３４で互いに異なる屈折率となる。複屈折材料層と充填剤との屈折率差（ｎｅ＿４０５−ｎ１＿４０５）と、複屈折媒質１３４の厚さの空間分布とに比例した位相差分布を生じる。したがって、波面収差に変化が生じる。このとき、位相シフタ素子において生じる空間的な位相差分布が、第２の青色光記録媒体を用いたときに発生する図８に示す位相差分布を相殺するように複屈折媒質１３４の厚さ分布を形成することにより、波面を最良化できる。
【００５７】
図１３は本発明の実施の形態２における光ピックアップであり、「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.８５、光照射側基板厚０.１ｍｍの第１の青色光記録媒体」と「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍの第２の青色光記録媒体」をともに記録または再生、消去できる光ピックアップの概略構成を示す図である。
【００５８】
図１３に示す光ピックアップの要部は、波長４０５ｎｍの半導体レーザ１０１、コリメートレンズ１０２、偏光ビームスプリッタ１０４、偏向プリズム１０５、ゲストホスト型液晶開口制限素子１０６ａ、液晶収差補正素子１０７ａ、１／４波長板１０８、対物レンズ１０９、検出レンズ１１１、光束分割手段１１２、受光素子１１３より構成されている。
【００５９】
ここで、対物レンズ１０９は、「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.８５、光照射側基板厚０.１ｍｍの第１の青色光記録媒体」に対し、無限系で波面収差が最小になるように設計されている。一般に対物レンズは高ＮＡになるほど公差が厳しくなるので、ＮＡ０.８５とＮＡ０.６５で比べると、ＮＡ０.８５での望ましい特性を出す方が難しくなるので、特に、ＮＡ０.８５で収差が補正された非球面レンズを使うことが望ましいためである。
【００６０】
第１，第２の青色光記録媒体１１０ａ，１１０ｂはそれぞれ基板厚さ、使用波長が異なる光記録媒体で、第１の青色光記録媒体１１０ａは基板厚さが０.１ｍｍの光記録媒体で、第２の青色光記録媒体１１０ｂは基板厚さが０.６ｍｍの光記録媒体である。記録または再生時にはいずれかの光記録媒体のみが図示しない回転機構にセットされて高速回転される。
【００６１】
まず、「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.８５、光照射側基板厚０.１ｍｍの第１の青色光記録媒体」を記録または再生する場合について説明する。波長４０５ｎｍの半導体レーザ１０１から出射した直線偏光の発散光は、コリメートレンズ１０２で略平行光とされ、偏光ビームスプリッタ１０４を透過し、偏向プリズム１０５で光路を９０度偏向され、ゲストホスト型液晶開口制限素子１０６ａと、液晶収差補正素子１０７ａを不感帯透過し、１／４波長板１０８を通過し円偏光とされ、対物レンズ１０９に入射し、第１の青色光記録媒体１１０ａ上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録あるいは消去が行われる。第１の青色光記録媒体１１０ａから反射した光束は、往路とは反対回りの円偏光となり、再び略平行光とされ、１／４波長板１０８を通過して往路と直交した直線偏光になり、偏光ビームスプリッタ１０４で反射され、検出レンズ１１１で収束光とされ、光束分割手段１１２により複数の光路に偏向分割され受光素子１１３に至る。受光素子１１３からは、情報信号，サーボ信号が検出される。
【００６２】
次に、「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍの第２の青色光記録媒体」を記録または再生する場合について説明する。波長４０５ｎｍの半導体レーザ１０１から出射した直線偏光の発散光は、コリメートレンズ１０２で略平行光とされ、偏光ビームスプリッタ１０４を透過し、偏向プリズム１０５で光路を９０度偏向され、ゲストホスト型液晶開口制限素子１０６ａでＮＡ０.６５に制限され、液晶収差補正素子１０７ａにおいて所定の球面収差が付加され、対物レンズ１０９に入射し、第２の青色光記録媒体１１０ｂ上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録あるいは消去が行われる。第２の青色光記録媒体１１０ｂから反射した光束は、往路とは反対回りの円偏光となり、再び略平行光とされ、１／４波長板１０８を通過して往路と直交した直線偏光になり、偏光ビームスプリッタ１０４で反射され、検出レンズ１１１で収束光とされ、光束分割手段１１２により複数の光路に偏向分割され受光素子１１３に至る。受光素子１１３からは、情報信号，サーボ信号が検出される。
【００６３】
以下、青色２方式互換のために、本実施の形態２で採用している光学部品について説明する。
【００６４】
本実施の形態２においては、開口制限素子としてゲストホスト型液晶を用いたものであり、図１４（ａ）に示すような選択的な環状遮光フィルタして機能する。また、図１４（ｂ），（ｃ）はその動作原理を示す説明図である。
【００６５】
第１，第２の青色光記録媒体１１０ａ，１１０ｂに応じてＮＡを変更するもので、具体的には、図１４（ｂ），（ｃ）に示すように、環状のパターンを持った液晶シャッタからなり、対物レンズ１０９に入射する光束の外周部を透過あるいは遮光するものである。図１４（ｂ），（ｃ）に示すように、ゲストホスト型液晶１３６を外周部に設け、電圧を印加しないとき、すなわち、オフ状態のとき図１４（ｂ）に示すように全面透過を、そして、電圧を印加したとき、すなわち、オン状態のとき図１４（ｃ）に示すように部分的透過する素子である。
【００６６】
続いて、図１５（ａ）は液晶収差補正素子を示す断面図であり、その電極パターンを示す図１５（ｂ），（ｃ）を用いて、液晶収差補正素子の構成、動作原理を説明する。
【００６７】
本実施の形態２において使用する液晶収差補正素子１０７ａの構成について、図１５（ａ）を参照しながら説明する。ガラス基板１３７ａ，１３７ｂが、導電性スペーサ１３８により接着され液晶セルを形成している。ガラス基板１３７ａの内側表面には、内側表面から電極１３９ａ、絶縁膜１４０ａ、配向膜１４１ａの順に、またガラス基板１３７ｂの内側表面には、内側表面から電極１３９ｂ、絶縁膜１４０ｂ、配向膜１４１ｂの順に被膜されている。電極１３９ａは電極引出部１４２で接続線によって制御回路と接続できるようパターン配線されている。
【００６８】
また、電極１３９ｂは導電性スペーサ１３８によりガラス基板１３７ａ上に形成された電極１３９ａと電気的に接続されている。したがって、電極１３９ｂは電極引出部１４２で接続線によって位相補正素子制御回路と接続できる。液晶セル内部には液晶１４３が充填されている。
【００６９】
次に、本実施の形態２における液晶収差補正素子１０７ａを構成し、液晶層を挟持する基板上に形成される電極は、本実施の形態２において、電極パターンが光軸中心に同心円状に形成されてなり、図１５（ｂ）あるいは図１５（ｃ）が電極パターンの概念図である。
【００７０】
ここで、使用波長４０５ｎｍ、基板厚０.１ｍｍの第１の青色光記録媒体に対して良好な収差特性となるよう設計されたＮＡ０.８５対物レンズを、使用波長は同一の波長４０５ｎｍで基板厚０.６ｍｍの第２の青色光記録媒体にＮＡ０.６５で用いたときに発生する波面収差を図１６（ａ）、図１６（ｃ）の上側部分に示す。図１６は横軸に入射瞳半径をとり、縦軸に波面収差を表す。図１６は位相差分布の２次元的な断面形状を表しているが、実際には縦軸（ＮＡ＝０）に関して回転対称な３次元的な分布となっている。このような発生収差を補正するための液晶収差補正素子の構成とその作用，効果について以下に具体的に説明する。
【００７１】
液晶収差補正素子１０７ａは、図１５（ｂ），（ｃ）に示すような給電部あるいは分割電極に所定の電圧を印加して、液晶の屈折率ｎをｎ１からｎ２まで、同心円状に自在に変えることを可能としている。屈折率ｎを変化させると、各領域を通過する光束に光路差Δｎ・ｄ（Δｎは屈折率変化分、ｄは液晶のセル厚）、すなわち、波長をλとして、位相差Δｎ・ｄ（２π／λ）を与えることができる。
【００７２】
ここで、第２の青色光記録媒体へ集光したときに発生する球面収差は、図１６（ａ），（ｃ）の上側部分である。図１５（ｂ）の電極を用いた場合、このような球面収差に対し、対物レンズ１０９に光源側から入射する光束に、図１６（ａ）の下側部分に示すような位相差が与えられるように、液晶素子の各同心円帯の給電部に印加する電圧を調整すると、液晶素子を透過する光束の各部での波面の遅れにより「波面収差」を打ち消すことができる。また、図１５（ｃ）に示す電極を用いた場合、このような球面収差に対し、対物レンズ１０９に光源側から入射する光束に、図１６（ｃ）の下側部分に示すような位相差が与えられるように、液晶素子の各同心円帯の給電部に印加する電圧を調整すると、液晶素子を透過する光束の各部での波面の遅れにより「波面収差」を打ち消すことができる。
【００７３】
図１６（ｂ）は、図１６（ａ）における実線（波面収差）と破線（液晶素子による波面の遅れ）の和、すなわち補正後の波面収差を示す。もとの波面収差（図１６（ａ）の上側部分）よりも格段に小さくなる。図１６（ｄ）は、図１６（ｃ）における実線（波面収差）と破線（液晶素子による波面の遅れ）の和、すなわち補正後の波面収差を示す。もとの波面収差（図１６（ｃ）の上側部分）よりも格段に小さくなる。
【００７４】
図１７は本発明の実施の形態３における光ピックアップであり、「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.８５、光照射側基板厚０.１ｍｍの第１の青色光記録媒体」と「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍの第２の青色光記録媒体」をともに記録または再生、消去できる光ピックアップの概略構成を示す図である。
【００７５】
図１７に示す光ピックアップの要部は、波長４０５ｎｍの半導体レーザ１０１、コリメートレンズ１０２、偏光ビームスプリッタ１０４、偏向プリズム１０５、ゲストホスト型液晶開口制限素子１０６ａ、収差補正用回折光学素子１０７ｂ、１／４波長板１０８、対物レンズ１０９、検出レンズ１１１、光束分割手段１１２、受光素子１１３より構成されている。
【００７６】
ここで、対物レンズ１０９は、「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.８５、光照射側基板厚０.１ｍｍの第１の青色光記録媒体」に対し、無限系で波面収差が最小になるように設計されている。一般に対物レンズは高ＮＡになるほど公差が厳しくなるので、ＮＡ０.８５とＮＡ０.６５で比べると、ＮＡ０.８５での望ましい特性を出す方が難しくなるので、特に、ＮＡ０.８５で収差が補正された非球面レンズを使うことが望ましいためである。
【００７７】
第１，第２の青色光記録媒体１１０ａ，１１０ｂはそれぞれ基板厚さ、使用波長が異なる光記録媒体で、第１の青色光記録媒体１１０ａは基板厚さが０.１ｍｍの光記録媒体で、第２の青色光記録媒体１１０ｂは基板厚さが０.６ｍｍの光記録媒体である。記録または再生時にはいずれかの光記録媒体のみが図示しない回転機構にセットされて高速回転される。
【００７８】
まず、「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.８５、光照射側基板厚０.１ｍｍの第１の青色光記録媒体」を記録または再生する場合について説明する。波長４０５ｎｍの半導体レーザ１０１から出射した直線偏光の発散光は、コリメートレンズ１０２で略平行光とされ、偏光ビームスプリッタ１０４を透過し、偏向プリズム１０５で光路を９０度偏向され、ゲストホスト型液晶開口制限素子１０６ａ、収差補正用回折光学素子１０７ｂを不感帯透過し、１／４波長板１０８を通過し円偏光とされ、対物レンズ１０９に入射し、第１の青色光記録媒体１１０ａ上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録あるいは消去が行われる。第１の青色光記録媒体１１０ａから反射した光束は、往路とは反対回りの円偏光となり、再び略平行光とされ、１／４波長板１０８を通過して往路と直交した直線偏光になり、偏光ビームスプリッタ１０４で反射され、検出レンズ１１１で収束光とされ、光束分割手段１１２により複数の光路に偏向分割され受光素子１１３に至る。受光素子１１３からは、情報信号，サーボ信号が検出される。
【００７９】
次に、「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍの第２の青色光記録媒体」を記録または再生する場合について説明する。波長４０５ｎｍの半導体レーザ１０１から出射した直線偏光の発散光は、コリメートレンズ１０２で略平行光とされ、偏光ビームスプリッタ１０４を透過し、偏向プリズム１０５で光路を９０度偏向され、ゲストホスト型液晶開口制限素子１０６ａでＮＡ０.６５に制限され、収差補正用回折光学素子１０７ｂにおいて所定の球面収差が付加され、対物レンズ１０９に入射し、第２の青色光記録媒体１１０ｂ上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録あるいは消去が行われる。第２の青色光記録媒体１１０ｂから反射した光束は、往路とは反対回りの円偏光となり、再び略平行光とされ、１／４波長板１０８を通過して往路と直交した直線偏光になり、偏光ビームスプリッタ１０４で反射され、検出レンズ１１１で収束光とされ、光束分割手段１１２により複数の光路に偏向分割され受光素子１１３に至る。受光素子１１３からは、情報信号，サーボ信号が検出される。
【００８０】
以下、青色２方式互換のために、本実施の形態３で採用している光学部品について説明する。
【００８１】
本実施の形態３で用いられている収差補正用の回折光学素子は、実施の形態１で用いた偏光選択性でなく、偏光依存性のない回折光学素子である。よって、実施の形態１のように複屈折媒質と等方性媒質をガラスで挟み込むような煩雑な構成でなく、ガラス、プラスチックなどの基板表面に回折面が設けられた製造が容易な構成となっている。回折光学素子１０７ｂは図１８（ａ）に示すように、光軸を中心に複数本の輪帯からなる。回折光学素子１０７ｂは、図１８（ｂ）に示すように、その断面が鋸歯状、または、図１８（ｃ）に示すように、階段状となるように形成される。例えば、鋸歯状断面の回折光学素子は回折効率が他より高いので有利である。回折光学素子の断面形状の作成法として、フォトリソグラフィ技術を応用する方法と、ダイヤモンドバイトなどで精密切削する方法がある。また、形状を金型に雛形を形成しておき、射出成形またはいわゆる２Ｐ法で透明材料から複数の回折光学素子を複製することもできる。
【００８２】
回折光学素子１０７ｂの回折格子は、図１９（ａ），（ｂ）に示すように、その０次光は対物レンズ１０９を介して第１の青色光記録媒体１１０ａ上に、また１次回折光は対物レンズ１０９を介して第２の青色光記録媒体１１０ｂ上に集光するように形成されている。また、０次光，１次回折光は、それぞれ他の基板厚の光記録媒体上に合焦状態にないので、これら回折光は読取又は記録にはほとんど影響しない。
【００８３】
なお回折次数として、０次回折光をＮＡ０.８５に選択した理由は、対物レンズ１０９が、「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.８５、光照射側基板厚０.１ｍｍの第１の青色光記録媒体」に対し、無限系で波面収差が最小になるように設計されているためである。また図１９では、簡単のため図１７で記載されている収差補正用回折光学素子１０７ｂと対物レンズ１０９の間にある１／４波長板１０８を省略している。
【００８４】
具体的な例として、図２０に示すブレーズ断面形状の回折格子を、回折格子の深さｄを０〜２μｍに変化させて、基材として例えばＨＯＹＡ社のガラスＭＬａＣ１３０（ｎｄ＝６９.４、νｄ＝５３.２）からなる回折光学素子を作製した場合の、回折格子の回折効率の変化を算出してみる。本実施の形態３における回折格子の回折効率ηｍは次の式（数２）で表される。
【００８５】
【数２】
2006012391.tif 000004
（数２）中、ｄは格子溝深さ、ｍは回折次数、ｎは材料屈折率を示している。図２０は、横軸に回折格子の深さｄ、縦軸に回折格子の回折効率の変化を算出した結果を示す図である。図２０中の「Ｂ０」，「Ｂ１」，「Ｂ２」，「Ｂ３」はそれぞれ０次回折光、１次回折光、２次回折光、３次回折光の回折効率を示す。
【００８６】
図２０に示すように、回折効率は回折格子の位相深さで調整できるため、第１の青色光記録媒体、第２の青色光記録媒体の照射パワー特性に応じて位相深さを選択してやればよい。一般に小径スポットほどパワーが集約される。光記録媒体上のビームスポット径は波長λに比例し、ＮＡに反比例して小さくなり、パワーとしてはスポット面積に反比例して大きくなる。すなわちＮＡ０.８５とＮＡ０.６５を比較した場合、光記録媒体上に集光されるパワーは（０.８５／０.６５）２の比率でＮＡ０.８５の方が大きくなる。よって、第１の青色光記録媒体と第２の青色光記録媒体が同一材料、同一の線速で使用される場合は、各媒体で必要とされる集光パワーは同等であるため、０次光と１次回折光の効率比が１：１.７となるようにすればよい。すなわち位相深さは０.３２μｍ付近を選択してやればよい。
【００８７】
あるいは、第１の青色光記録媒体と第２の青色光記録媒体のいずれか一方のみは再生専用の光情報処理装置であれば、再生側の効率を小さくすれば、もう一方の光記録媒体に対しては十分なパワーを照射することが可能となり高速化も容易となる。
【００８８】
次に、対物レンズおよび回折光学素子の形状に関して具体的な数値事例を示す。図１９（ａ），（ｂ）に示したように非球面の対物レンズ１０９の光源側に回折光学素子１０７ｂが配置され、その対物レンズ側の面上に回折格子を形成している。
【００８９】
また、レンズ面の非球面形状は、光軸方向の座標Ｘ  、光軸直交方向の座標Ｙ  、近軸曲率半径Ｒ、円錐定数Ｋ、高次の係数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，…を用いて、周知の非球面式を次の式（数３）で表される。
【００９０】
【数３】
2006012391.tif 000005
また、回折光学素子の位相関数Φ（ｒ）は、回折次数ｍ、波長λ、光軸からの半径ｒ、係数Ｃ１〜Ｃ５を用いて、次の式（数４）で表される。
【００９１】
【数４】
2006012391.tif 000006
本実施の形態３における対物レンズは、使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.８５、ｆ＝１.７６５ｍｍ、ｎｄ＝１.６９４、νｄ＝５３.２であり、図２１に、具体的データを示す。図２１中の記号は、以下のとおりである。「ＯＢＪ」は物点（光源としての半導体レーザ）を意味するが、対物レンズ１０９は「無限系」であり、曲率半径：ＲＤＹおよび厚さ：ＴＨＩの「ＩＮＦＩＮＩＴＹ（無限大）」は光源が無限遠にあることを意味する。なお、特に断らない限り、長さの次元を持つ量の単位は「ｍｍ」である。
【００９２】
「Ｓ１」は回折光学素子の光源側面、「Ｓ２」は光記録媒体側面を意味する。「Ｓ３」は光ピックアップ用対物レンズの光源側面、「Ｓ４」は光記録媒体側面を意味する。本実施の形態３における対物レンズの肉厚は２.３８１４６３ｍｍであり、Ｓ４の欄における曲率半径の右側に記載された厚さ０.４２５４９６ｍｍは「ワーキングディスタンス：ＷＤ」を示す。「Ｓ５」は光記録媒体１１０の光照射側基板の光源側面、「Ｓ６」は同記録面に合致した面であり、これらの面Ｓ５，Ｓ６の間隔、すなわち、基板厚は第１の青色光記録媒体については０.１ｍｍ、第２の青色光記録媒体については０.６ｍｍで、ｎｄ＝１.５１６３３０、νｄ＝６４.１である。「ＥＰＤ：入射瞳径」であり、第１の青色光記録媒体については３.０ｍｍ、第２の青色光記録媒体については２.３ｍｍである。「ＷＬ：波長」は使用波長（４０５ｎｍ）を表す。
【００９３】
得られた対物レンズと回折光学素子を組み合わせた系の軸上で波面収差は、０次光については０.００２７λｒｍｓ、１次回折光については０.０００７λｒｍｓであり、マレシャル限界０.０７λ以下に抑えられている。
【００９４】
さらに、本発明の実施の形態４における光ピックアップとして、第１の青色光記録媒体に対しては０次光、第２の青色光記録媒体に対しては１次回折光を使った回折光学素子を、対物レンズと一体化とした。
【００９５】
図２２（ａ），（ｂ）に示したように非球面の対物レンズ１０９における光源側の入射面上に回折格子面を形成し、回折格子および対物レンズの出射面はいずれも非球面形状とした。よって、第１面および第２面は一体集光レンズの回折格子および出射面である。自動設計して製造された各非球面レンズのデータは図２３のとおりである。
【００９６】
得られた対物レンズと回折光学素子を組み合わせた系の軸上で波面収差は第１の青色光記録媒体について０.００４９λｒｍｓ、第２の青色光記録媒体について０.０００５λｒｍｓであり、マレシャル限界０.０７λ以下に抑えられている。
【００９７】
図２４は本発明の実施の形態５における光ピックアップであり、「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.８５、光照射側基板厚０.１ｍｍの第１の青色光記録媒体」と「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍの第２の青色光記録媒体」と「使用波長６６０ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体」と「使用波長７８５ｎｍ、ＮＡ０.５０、光照射側基板厚１.２ｍｍのＣＤ系光記録媒体」をともに記録または再生、消去できる光ピックアップの概略構成を示す図である。
【００９８】
図２４に示す光ピックアップの要部は、波長４０５ｎｍの半導体レーザ１０１、コリメートレンズ１０２、偏光ビームスプリッタ１０４、トリクロイックプリズム１１５、偏向プリズム１０５、ゲストホスト型液晶開口制限素子１０６ａ、液晶収差補正素子１０７ａ、１／４波長板１０８、対物レンズ１０９、検出レンズ１１１、光束分割手段１１２、受光素子１１３から構成される波長４０５ｎｍの光束が通過する青色光学系と、ホログラムユニット２０１、コリメートレンズ２０２、ダイクロイックプリズム２０４、トリクロイックプリズム１１５、偏向プリズム１０５、ゲストホスト型液晶開口制限素子１０６ａ、液晶収差補正素子１０７ａ、１／４波長板１０８、対物レンズ１０９から構成される波長６６０ｎｍの光束が通過するＤＶＤの光学系と、ホログラムユニット２１１、コリメートレンズ２１２、ダイクロイックプリズム２０４、トリクロイックプリズム１１５、偏向プリズム１０５、ゲストホスト型液晶開口制限素子１０６ａ、液晶収差補正素子１０７ａ、１／４波長板１０８、対物レンズ１０９から構成される波長７８５ｎｍの光束が通過するＣＤの光学系から構成されている。
【００９９】
すなわち、トリクロイックプリズム１１５、ダイクロイックプリズム２０４、偏向プリズム１０５、ゲストホスト型液晶開口制限素子１０６ａ、液晶収差補正素子１０７ａ、１／４波長板１０８、対物レンズ１０９は３つあるいは２つの光学系の共通部品である。
【０１００】
ここで、対物レンズ１０９は、「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.８５、光照射側基板厚０.１ｍｍの第１の青色光記録媒体」に対し、無限系で波面収差が最小になるように設計されている。一般に対物レンズは高ＮＡ、短波長になるほど公差が厳しくなるので、青色ＮＡ０.８５での望ましい特性を出す方が難しくなるので、特に、ＮＡ０.８５で収差が補正された非球面レンズを使うことが望ましいためである。
【０１０１】
第１，第２の青色光記録媒体１１０ａ，１１０ｂ、ＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体１１０ｃ，１１０ｄはそれぞれ基板厚さ、使用波長が異なる光記録媒体であり、第１の青色光記録媒体１１０ａは基板厚さが０.１ｍｍの光記録媒体、第２の青色光記録媒体１１０ｂは基板厚さが０.６ｍｍの光記録媒体、ＤＶＤ系光記録媒体１１０ｃは基板厚さ０.６ｍｍの光記録媒体、ＣＤ系光記録媒体１１０ｄは基板厚さ１.２ｍｍの光記録媒体である。記録または再生時にはいずれかの光記録媒体のみが図示しない回転機構にセットされて高速回転される。
【０１０２】
まず、「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.８５、光照射側基板厚０.１ｍｍの第１の青色光記録媒体」を記録または再生する場合について説明する。波長４０５ｎｍの半導体レーザ１０１から出射した直線偏光の発散光は、コリメートレンズ１０２で略平行光とされ、偏光ビームスプリッタ１０４、トリクロイックプリズム１１５を透過し、偏向プリズム１０５で光路を９０度偏向され、ゲストホスト型液晶開口制限素子１０６ａと、液晶収差補正素子１０７ａを不感帯透過し、１／４波長板１０８を通過し円偏光とされ、対物レンズ１０９に入射し、第１の青色光記録媒体１１０ａ上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録あるいは消去が行われる。第１の青色光記録媒体１１０ａから反射した光束は、往路とは反対回りの円偏光となり、再び略平行光とされ、１／４波長板１０８を通過して往路と直交した直線偏光になり、偏光ビームスプリッタ１０４で反射され、検出レンズ１１１で収束光とされ、光束分割手段１１２により複数の光路に偏向分割され受光素子１１３に至る。受光素子１１３からは、情報信号，サーボ信号が検出される。
【０１０３】
次に、「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍの第２の青色光記録媒体」を記録または再生する場合について説明する。波長４０５ｎｍの半導体レーザ１０１から出射した直線偏光の発散光は、コリメートレンズ１０２で略平行光とされ、偏光ビームスプリッタ１０４、トリクロイックプリズム１１５を透過し、偏向プリズム１０５で光路を９０度偏向され、ゲストホスト型液晶開口制限素子１０６ａでＮＡ０.６５に制限され、液晶収差補正素子１０７ａにおいて所定の球面収差が付加され、１／４波長板１０８を通過し円偏光とされ、対物レンズ１０９に入射し、第２の青色光記録媒体１１０ｂ上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録あるいは消去が行われる。第２の青色光記録媒体１１０ｂから反射した光束は、往路とは反対回りの円偏光となり、再び略平行光とされ、１／４波長板１０８を通過して往路と直交した直線偏光になり、偏光ビームスプリッタ１０４で反射され、検出レンズ１１１で収束光とされ、光束分割手段１１２により複数の光路に偏向分割され受光素子１１３に至る。受光素子１１３からは、情報信号，サーボ信号が検出される。
【０１０４】
次に、「使用波長６６０ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体」を記録または再生、消去する場合について説明する。近年、ＤＶＤ系光記録媒体のピックアップには受発光素子を１つのキャンの中に設置し、ホログラムを用いて光束の分離を行うホログラムユニットが一般的に用いられるようになってきた。図２４において、２０１は、半導体レーザ２０１ａ、ホログラム２０１ｂおよび受光素子２０１ｃを一体化して構成されたホログラムユニットを示す。このホログラムユニット２０１の半導体レーザ２０１ａから出射された６６０ｎｍの光束は、ホログラム２０１ｂを透過し、コリメートレンズ２０２で平行光とされ、ダイクロイックプリズム２０４を透過し、青色波長帯域の光は透過し、赤色および赤外波長帯域の光束は反射させるトリクロイックプリズム１１５によって偏向プリズム１０５の方向に反射され、偏向プリズム１０５によって光路が９０度偏向され、ゲストホスト型液晶開口制限素子１０６ａでＮＡ０.６５に制限され、液晶収差補正素子１０７ａにおいて所定の位相が付加され、１／４波長板１０８を通過し円偏光あるいは楕円偏光とされ、対物レンズ１０９に入射し、ＤＶＤ系光記録媒体１１０ｃ上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録あるいは消去が行われる。ＤＶＤ系光記録媒体１１０ｃから反射した光束は、偏向プリズム１０５、トリクロイックプリズム１１５で反射され、ダイクロイックプリズム２０４を通過しコリメートレンズ２０２で収束光とされ、ホログラム２０１ｂにより半導体レーザ２０１ａと同一キャン内にある受光素子２０１ｃ方向に回折されて受光素子２０１ｃに受光される。受光素子２０１ｃからは、情報信号，サーボ信号が検出される。
【０１０５】
次に、「使用波長７８５ｎｍ、ＮＡ０.５０、光照射側基板厚１.２ｍｍのＣＤ系光記録媒体」を記録または再生、消去する場合について説明する。ＣＤ系光記録媒体についてもＤＶＤ系光記録媒体と同様にホログラムユニットが一般的に用いられるようになってきた。図２４において、２１１は、半導体レーザ２１１ａ、ホログラム２１１ｂおよび受光素子２１１ｃを一体化して構成されたホログラムユニットを示す。このホログラムユニット２１１の半導体レーザ２１１ａから出射された７８５ｎｍの光束は、ホログラム２１１ｂを透過し、コリメートレンズ２１２で平行光とされ、赤色波長帯域の光は透過し、赤外波長帯域の光束は反射させるダイクロイックプリズム２０４で反射し、青色波長帯域の光は透過し、赤色および赤外波長帯域の光束は反射させるトリクロイックプリズム１１５によって偏向プリズム１０５の方向に反射され、偏向プリズム１０５によって光路が９０度偏向され、ゲストホスト型液晶開口制限素子１０６ａでＮＡ０.５０に制限され、液晶収差補正素子１０７ａにおいて所定の位相が付加され、１／４波長板１０８を通過し円偏光あるいは楕円偏光とされ、対物レンズ１０９に入射し、ＣＤ系光記録媒体１１０ｄ上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録あるいは消去が行われる。ＣＤ系光記録媒体１１０ｄから反射した光束は、偏向プリズム１０５、トリクロイックプリズム１１５、ダイクロイックプリズム２０４で反射され、コリメートレンズ２１２で収束光とされ、ホログラム２１１ｂにより半導体レーザ２１１ａと同一キャン内にある受光素子２１１ｃ方向に回折されて受光素子２１１ｃに受光される。受光素子２１１ｃからは、情報信号，サーボ信号が検出される。
【０１０６】
以下、青色２方式、ＤＶＤ、ＣＤ互換のために、本実施の形態５で採用している光学部品について説明する。
【０１０７】
本実施の形態５においては、第１，第２の青色光記録媒体１１０ａ，１１０ｂ、ＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体１１０ｃ，１１０ｄの４種類の光記録媒体に記録あるいは再生を行うため、４段階の開口の切り換えが必要となる。第１の青色光記録媒体１１０ａではＮＡ０.８５となるφ１、第２の青色光記録媒体１１０ｂではＮＡ０.６５となるφ２、ＤＶＤ系光記録媒体１１０ｃではＮＡ０.６５となるφ３、ＣＤ系光記録媒体１１０ｄではＮＡ０.５０となるφ４を選択するものとした場合、φ１＞φ３＞φ２＞φ４となる。ここでφ３とφ２が同じＮＡに対して、開口径が異なるのは、長波長ほど焦点距離が相対的に伸びるためであり、前述した式の（数１）から明らかなように同じＮＡを得るためには、φ３をφ２より大きくする必要がある。
【０１０８】
このような４段階の開口制限素子としてゲストホスト型液晶開口制限素子１０６ａを用いる。図２５に示すように選択的な環状遮光フィルタして機能する。各光記録媒体に応じてＮＡを変更するもので、具体的には、環状のパターンを持った液晶シャッタからなり、対物レンズ１０９に入射する光束の外周部を選択的に遮光するものである。図２５に示すように、外側から同心円状に形成された各領域に選択的に電圧のオン，オフ状態を選ぶ。第１の青色光記録媒体のときは全面透過させ、ＤＶＤ系光記録媒体のときはφ３となるように、第２の青色光記録媒体のときはφ２、ＣＤ系光記録媒体のときはφ４となるようにすればよい。
【０１０９】
次に、波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.８５で基板厚０.１ｍｍの第１の青色光記録媒体１１０ａに対して波面収差が最小となる単一の対物レンズ１０９に、ＮＡ０.６５で基板厚０.６ｍｍの第２の青色光記録媒体１１０ｂにスポット形成させた場合。図２６（ａ）に示すように基板厚みの違いに伴う波面収差が発生する。
【０１１０】
また、波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.８５で基板厚０.１ｍｍの第１の青色光記録媒体１１０ａに対して波面収差が最小となる単一の対物レンズ１０９に、ＮＡ０.６５で基板厚０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体１１０ｃに波長６６０ｎｍの光束を無限系入射によりスポット形成させた場合、図２６（ｂ）に示すように波長と基板厚みの違いに伴う球面収差が発生する。
【０１１１】
また、波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.８５で基板厚０.１ｍｍの第１の青色光記録媒体１１０ａに対して波面収差が最小となる単一の対物レンズ１０９に、ＮＡ０.５０で基板厚１.２ｍｍのＣＤ系光記録媒体１１０ｄにスポット形成させた場合。図２６（ｃ）に示すように基板厚みの違いに伴う球面収差が発生する。
【０１１２】
本実施の形態５では、これらの球面収差と逆極性の球面収差を発生させるために、実施の形態２と同様の液晶収差補正素子１０７ａを具備してなる。
【０１１３】
前述の３つの異なる球面収差を補正するための電極構成としては、例えば、図２７のように構成すればよい。すなわち、連続した透明電極１４５，１４６を１対となし、透明電極１４５，１４６のそれぞれにメタル電極１４５ａ〜１４５ｃ，１４６ａ〜１４６ｃを形成してなる。メタル電極はメタル配線によりそれぞれ外部の信号源に接続されており、各信号源より各々任意の電圧を供給できる。そして、本実施の形態５では、透明電極１４５として第２の青色光記録媒体、およびＤＶＤ系光記録媒体を記録，再生しようとしたときに発生する球面収差が最大となる各瞳半径位置の略中点に形成し、透明電極１４６としてＣＤ系光記録媒体の記録，再生しようとしたときに発生する球面収差が最大となる瞳半径位置に形成している。
【０１１４】
具体的には、図２６の場合、第１，第２の青色光記録媒体、ＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体における各光路の対物レンズの入射光束径はφ３.０ｍｍ、φ２.３ｍｍ、φ１.８ｍｍであり、液晶収差補正素子１０７ａの光束通過径は、第１の青色光記録媒体の光路と略同等の３.０ｍｍで作製される（実際には０.１〜０.２ｍｍのマージンを持たせる）。このとき透明電極１４５の瞳半径は１.７ｍｍ、透明電極１４６の瞳半径は１.３ｍｍとすればよい。本実施の形態５では、大きく３種類の球面収差、すなわち、ＮＡ０.６５青色、ＤＶＤ、ＣＤを補正するが、図２６（ａ），（ｂ）を見れば明らかなとおり、球面収差が最大となる位置は略一致しているため、２種類のピーク位置を出すようなメタル電極１４５ｂ，１４６ｂの電極パターンを用いればよい。
【０１１５】
そして、このような電極パターンを有する液晶素子に対して、例えば、光記録判別手段（図示しない）によりＤＶＤ系光記録媒体が挿入されたことが認識されると、付加位相量が最大となる位置となるように予め記録された印加電圧が各電極（メタル電極１４５ｂ）に加えられ、ＣＤ系光記録媒体が挿入されたことが認識されると、付加位相量が最大となる位置となるように予め記録された印加電圧が各電極（メタル電極１４６ｂ）に加えられる。
【０１１６】
図２８は本発明の実施の形態６における光ピックアップであり、「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.８５、光照射側基板厚０.１ｍｍの第１の青色光記録媒体」と「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍの第２の青色光記録媒体」と「使用波長６６０ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体」と「使用波長７８５ｎｍ、ＮＡ０.５０、光照射側基板厚１.２ｍｍのＣＤ系光記録媒体」をともに記録または再生、消去できる光ピックアップの概略構成を示す図である。
【０１１７】
図２８に示す光ピックアップの要部は、波長４０５ｎｍの半導体レーザ１０１、コリメートレンズ１０２、偏光面切換素子１０３、ハーフミラー１０４’、トリクロイックプリズム１１５、偏向プリズム１０５、ゲストホスト型液晶開口制限素子１０６ａ、偏光選択性収差補正素子１０７、対物レンズ１０９、検出レンズ１１１、光束分割手段１１２、受光素子１１３から構成される波長４０５ｎｍの光束が通過する青色光学系と、ホログラムユニット２０１、コリメートレンズ２０２、ダイクロイックプリズム２０４、トリクロイックプリズム１１５、偏向プリズム１０５、ゲストホスト型液晶開口制限素子１０６ａ、偏光選択性収差補正素子１０７、対物レンズ１０９から構成される波長６６０ｎｍの光束が通過するＤＶＤの光学系と、ホログラムユニット２１１、コリメートレンズ２１２、ダイクロイックプリズム２０４、トリクロイックプリズム１１５、偏向プリズム１０５、ゲストホスト型液晶開口制限素子１０６ａ、偏光選択性収差補正素子１０７、対物レンズ１０９から構成される波長７８５ｎｍの光束が通過するＣＤの光学系から構成されている。
【０１１８】
すなわち、トリクロイックプリズム１１５、ダイクロイックプリズム２０４、偏向プリズム１０５、ゲストホスト型液晶開口制限素子１０６ａ、偏光選択性収差補正素子１０７、対物レンズ１０９は３つあるいは２つの光学系の共通部品である。
【０１１９】
ここで、対物レンズ１０９は、「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.８５、光照射側基板厚０.１ｍｍの第１の青色光記録媒体」に対し、無限系で波面収差が最小になるように設計されている。一般に対物レンズは高ＮＡ、短波長になるほど公差が厳しくなるので、青色ＮＡ０.８５での望ましい特性を出す方が難しくなるので、特に、ＮＡ０.８５で収差が補正された非球面レンズを使うことが望ましいためである。
【０１２０】
第１，第２の青色光記録媒体１１０ａ，１１０ｂ、ＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体１１０ｃ，１１０ｄはそれぞれ基板厚さ、使用波長が異なる光記録媒体で、第１の青色光記録媒体１１０ａは基板厚さが０.１ｍｍの光記録媒体、第２の青色光記録媒体１１０ｂは基板厚さが０.６ｍｍの光記録媒体、ＤＶＤ系光記録媒体１１０ｃは基板厚さ０.６ｍｍの光記録媒体、ＣＤ系光記録媒体１１０ｄは基板厚さ１.２ｍｍの光記録媒体である。記録または再生時にはいずれかの光記録媒体のみが図示しない回転機構にセットされて高速回転される。
【０１２１】
まず、「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.８５、光照射側基板厚０.１ｍｍの第１の青色光記録媒体」を記録または再生する場合について説明する。波長４０５ｎｍの半導体レーザ１０１から出射した直線偏光の発散光は、コリメートレンズ１０２で略平行光とされ、偏光面切換素子１０３で偏光方向を紙面垂直面内で９０度回転され、ハーフミラー１０４’、トリクロイックプリズム１１５を透過し、偏向プリズム１０５で光路を９０度偏向され、ゲストホスト型液晶開口制限素子１０６ａと、偏光選択性収差補正素子１０７を不感帯透過し、対物レンズ１０９に入射し、第１の青色光記録媒体１１０ａ上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録あるいは消去が行われる。第１の青色光記録媒体１１０ａから反射した光束は、再び略平行光とされ、ハーフミラー１０４’で反射され、検出レンズ１１１で収束光とされ、光束分割手段１１２により複数の光路に偏向分割され受光素子１１３に至る。受光素子１１３からは、情報信号，サーボ信号が検出される。
【０１２２】
次に、「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍの第２の青色光記録媒体」を記録または再生する場合について説明する。波長４０５ｎｍの半導体レーザ１０１から出射した直線偏光の発散光は、コリメートレンズ１０２で略平行光とされ、偏光面切換素子１０３では偏光面は回転せずそのまま通過し、ハーフミラー１０４’、トリクロイックプリズム１１５を透過し、偏向プリズム１０５で光路を９０度偏向され、ゲストホスト型液晶開口制限素子１０６ａでＮＡ０.６５に制限され、偏光選択性収差補正素子１０７において所定の球面収差が付加され、対物レンズ１０９に入射し、第２の青色光記録媒体１１０ｂ上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録あるいは消去が行われる。第２の青色光記録媒体１１０ｂから反射した光束は、再び略平行光とされ、ハーフミラー１０４’で反射され、検出レンズ１１１で収束光とされ、光束分割手段１１２により複数の光路に偏向分割され受光素子１１３に至る。受光素子１１３からは、情報信号，サーボ信号が検出される。
【０１２３】
次に、「使用波長６６０ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体」を記録または再生、消去する場合について説明する。前述した実施の形態５で説明したように、ＤＶＤ系光記録媒体のピックアップには受発光素子を１つのキャンの中に設置したホログラムユニット２０１が一般的に用いられ、半導体レーザ２０１ａ、ホログラム２０１ｂおよび受光素子２０１ｃを一体化して構成される。このホログラムユニット２０１の半導体レーザ２０１ａから出射された６６０ｎｍの光束は、ホログラム２０１ｂを透過し、コリメートレンズ２０２で所定の有限系の光束とされ、ダイクロイックプリズム２０４を透過し、青色波長帯域の光は透過し、赤色および赤外波長帯域の光束は反射させるトリクロイックプリズム１１５によって偏向プリズム１０５の方向に反射され、偏向プリズム１０５によって光路が９０度偏向され、ゲストホスト型液晶開口制限素子１０６ａでＮＡ０.６５に制限され、偏光選択性収差補正素子１０７において所定の球面収差が付加され、対物レンズ１０９に入射し、ＤＶＤ系光記録媒体１１０ｃ上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録あるいは消去が行われる。ＤＶＤ系光記録媒体１１０ｃから反射した光束は、偏向プリズム１０５、トリクロイックプリズム１１５で反射され、コリメートレンズ２０２で収束光とされ、ホログラム２０１ｂにより半導体レーザ２０１ａと同一キャン内にある受光素子２０１ｃ方向に回折されて受光素子２０１ｃに受光される。受光素子２０１ｃからは、情報信号，サーボ信号が検出される。
【０１２４】
次に、「使用波長７８５ｎｍ、ＮＡ０.５０、光照射側基板厚１.２ｍｍのＣＤ系光記録媒体」を記録または再生、消去する場合について説明する。ＣＤ系光記録媒体についてもＤＶＤ系光記録媒体と同様にホログラムユニット２１１が一般的に用いられるようになってきた。半導体レーザ２１１ａ、ホログラム２１１ｂおよび受光素子２１１ｃを一体化して構成されたホログラムユニット２１１の半導体レーザ２１１ａから出射された７８５ｎｍの光束は、ホログラム２１１ｂを透過し、コリメートレンズ２１２で所定の有限系の光束とされ、赤色波長帯域の光は透過し、赤外波長帯域の光束は反射させるダイクロイックプリズム２０４で反射し、青色波長帯域の光は透過し、赤色および赤外波長帯域の光束は反射させるトリクロイックプリズム１１５によって偏向プリズム１０５の方向に反射され、偏向プリズム１０５によって光路が９０度偏向され、ゲストホスト型液晶開口制限素子１０６ａでＮＡ０.５０に制限され、偏光選択性収差補正素子１０７において所定の球面収差が付加され、対物レンズ１０９に入射し、ＣＤ系光記録媒体１１０ｄ上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録あるいは消去が行われる。ＣＤ系光記録媒体１１０ｄから反射した光束は、偏向プリズム１０５、トリクロイックプリズム１１５、ダイクロイックプリズム２０４で反射され、コリメートレンズ２１２で収束光とされ、ホログラム２１１ｂにより半導体レーザ２１１ａと同一キャン内にある受光素子２１１ｃ方向に回折されて受光素子２１１ｃに受光される。受光素子２１１ｃからは、情報信号，サーボ信号が検出される。
【０１２５】
以下、青色２方式、ＤＶＤ、ＣＤ互換のために、本実施の形態６で採用している光学部品について説明する。
【０１２６】
本実施の形態６において、ゲストホスト型液晶開口制限素子１０６ａについては、前述した実施の形態５と同等のものを使用するため、詳細な説明は省略し、偏光選択性収差補正素子について、以下に説明する。
【０１２７】
波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.８５で基板厚０.１ｍｍの第１の青色光記録媒体１１０ａに対して波面収差が最小となる単一の対物レンズ１０９に、ＮＡ０.６５で基板厚０.６ｍｍの第２の青色光記録媒体１１０ｂにスポット形成させた場合、図２６（ａ）に示すように基板厚みの違いに伴う球面収差が発生する。
【０１２８】
本実施の形態６では、この球面収差と逆極性の球面収差を発生させるために、偏光選択性収差補正素子１０７と、偏光面切換素子１０３を具備してなる。偏光選択性収差補正素子１０７と、偏光面切換素子１０３は、それぞれ実施の形態１の偏光選性択収差補正素子と、偏光面切換素子と同一のものであり、第２の青色光記録媒体については実施の形態１と同様に補正される。
【０１２９】
次に、波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.８５で基板厚０.１ｍｍの第１の青色光記録媒体１１０ａに対して波面収差が最小となる単一の対物レンズ１０９に、ＮＡ０.６５で基板厚０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体１１０ｃに波長６６０ｎｍ無限系入射でスポット形成させた場合。図２６（ｂ）に示すように波長と基板厚みの違いに伴う球面収差が発生する。ところが、本実施の形態６においては偏光選択性収差補正素子１０７が挿入されているため、図２６（ｂ）とは発生する球面収差形状が異なる。偏光選択性収差補正素子は、ｎ１＿４０５とｎｅ＿４０５を等しくしているのでｎ１＿６６０とｎｏ＿６６０は異なることになる。すなわち、波長６６０ｎｍの光束に対しては等方性媒質と複屈折媒質で互いに異なる屈折率となるためである。したがって、偏光選択性収差補正素子が回折光学素子の場合は等方性媒質と複屈折媒質の境界面の形状によって回折が起き、偏光選択性収差補正素子が位相シフタ素子の場合は複屈折媒質の厚み分布に相当する位相差が付加された球面波が発生する。
【０１３０】
また、波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.８５で基板厚０.１ｍｍの第１の青色光記録媒体１１０ａに対して波面収差が最小となる単一の対物レンズ１０９に、ＮＡ０.５０で基板厚１.２ｍｍのＣＤ系光記録媒体１１０ｄにスポット形成させた場合、図２６（ｃ）に示すように基板厚みの違いに伴う球面収差が発生する。ところが、前述のＤＶＤ系光記録媒体と同様に偏光選択性収差補正素子１０７が挿入されているため、図２６（ｃ）とは球面収差形状は異なる。
【０１３１】
本実施の形態６では、これらの球面収差と逆極性の球面収差を発生させるために、ＤＶＤおよびＣＤの光学系を有限系の構成にしている。有限系倍率として所定の倍率を選択することで任意の球面波が得られ、この球面波形状の球面収差をキャンセルしてやるような倍率を選択すればよい。
【０１３２】
図２９は本発明の実施の形態７における光ピックアップであり、「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.８５、光照射側基板厚０.１ｍｍの第１の青色光記録媒体」と「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍの第２の青色光記録媒体」と「使用波長６６０ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体」と「使用波長７８５ｎｍ、ＮＡ０.５０、光照射側基板厚１.２ｍｍのＣＤ系光記録媒体」をともに記録または再生、消去できる光ピックアップの概略構成を示す図である。
【０１３３】
本実施の形態７における光ピックアップの構成としては、前述の実施の形態５，６に限られるものでなく、トリクロイックプリズム１１５の青色光学系側に青色用の収差補正素子と開口制限素子を配置した光学系を用い、対物レンズの前段に波長選択性の開口制限素子と球面収差補正素子を配置したような構成であってもよい。
【０１３４】
図２９における波長選択性開口制限素子としては、本件発明者による先願の特願２００３−２１８６２に記載されているような青色，ＤＶＤ，ＣＤの３段階において開口の切り換えが可能な開口制限素子を用いればよい。また波長選択性収差補正素子としては、本件発明者による先願の特願２００２−２２６０２３に記載されているような青色、ＣＤは不感帯で、ＤＶＤのみの収差補正を行うような素子を用い、ＣＤについては所定の有限とした構成であってもよい。
【０１３５】
図３０は本発明の実施の形態８における光ピックアップであり、「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.８５、光照射側基板厚０.１ｍｍの第１の青色光記録媒体」と「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍの第２の青色光記録媒体」と「使用波長６６０ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体」と「使用波長７８５ｎｍ、ＮＡ０.５０、光照射側基板厚１.２ｍｍのＣＤ系光記録媒体」をともに記録または再生、消去できる光ピックアップの概略構成を示す図である。
【０１３６】
本実施の形態８における光ピックアップの構成としては、トリクロイックプリズム１１５の青色光学系側に青色用の収差補正素子と開口制限素子を配置した光学系を用いた実施の形態７の構成において、対物レンズとして３波長互換の対物レンズ１０９’を用い、この対物レンズ１０９’の前段に波長選択性の開口制限素子１０６ｃを配置した構成である。
【０１３７】
図３０において、波長選択性開口制限素子として、実施の形態７と同様に青色，ＤＶＤ，ＣＤの３段階において開口の切り換えが可能な開口制限素子を用いればよい。そして、３波長互換用対物レンズ１０９’としては、回折レンズあるいは貼り合せレンズを用いればよく、レンズ特性に合わせて光学系の倍率を変更してやればよい。
【０１３８】
図３１は本発明の実施の形態９における光ピックアップであり、「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.８５、光照射側基板厚０.１ｍｍの第１の青色光記録媒体」と「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍの第２の青色光記録媒体」と「使用波長６６０ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体」と「使用波長７８５ｎｍ、ＮＡ０.５０、光照射側基板厚１.２ｍｍのＣＤ系光記録媒体」をともに記録または再生、消去できる光ピックアップの概略構成を示す図である。
【０１３９】
図３１に示す光ピックアップの要部は、波長４０５ｎｍの半導体レーザ１０１、コリメートレンズ１０２、偏光ビームスプリッタ１０４、エキスパンダー光学系１１６、トリクロイックプリズム１１５、偏向プリズム１０５、ゲストホスト型液晶開口制限素子１０６ａ、１／４波長板１０８、対物レンズ１０９、検出レンズ１１１、光束分割手段１１２、受光素子１１３から構成される波長４０５ｎｍの光束が通過する青色光学系と、ホログラムユニット２０１、コリメートレンズ２０２、ダイクロイックプリズム２０４、トリクロイックプリズム１１５、偏向プリズム１０５、ゲストホスト型液晶開口制限素子１０６ａ、１／４波長板１０８、対物レンズ１０９から構成される波長６６０ｎｍの光束が通過するＤＶＤ系光学系と、ホログラムユニット２１１、コリメートレンズ２１２、ダイクロイックプリズム２０４、トリクロイックプリズム１１５、偏向プリズム１０５、ゲストホスト型液晶開口制限素子１０６ａ、１／４波長板１０８、対物レンズ１０９から構成される波長７８５ｎｍの光束が通過するＣＤ系光学系から構成されている。すなわち、トリクロイックプリズム１１５、ダイクロイックプリズム２０４、偏向プリズム１０５、ゲストホスト型液晶開口制限素子１０６ａ、１／４波長板１０８、対物レンズ１０９は３つあるいは２つの光学系の共通部品である。
【０１４０】
また、第１，第２の青色光記録媒体１１０ａ，１１０ｂ、ＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体１１０ｃ，１１０ｄはそれぞれ基板厚さ、使用波長が異なる光記録媒体であり、第１の青色光記録媒体１１０ａは基板厚さが０.１ｍｍの光記録媒体、第２の青色光記録媒体１１０ｂは基板厚さが０.６ｍｍの光記録媒体、ＤＶＤ系光記録媒体１１０ｃは基板厚さ０.６ｍｍの光記録媒体、ＣＤ系光記録媒体１１０ｄは基板厚さ１.２ｍｍの光記録媒体である。記録または再生時にはいずれかの光記録媒体のみが図示しない回転機構にセットされて高速回転される。
【０１４１】
まず、「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.８５、光照射側基板厚０.１ｍｍの第１の青色光記録媒体」を記録または再生する場合について説明する。波長４０５ｎｍの半導体レーザ１０１から出射した直線偏光の発散光は、コリメートレンズ１０２で略平行光とされ、偏光ビームスプリッタ１０４を透過し、エキスパンダー光学系１１６にて所定の収斂光に変換され、トリクロイックプリズム１１５を透過し、偏向プリズム１０５で光路を９０度偏向され、ゲストホスト型液晶開口制限素子１０６ａを不感帯透過し、１／４波長板１０８を通過し円偏光とされ、対物レンズ１０９に入射し、第１の青色光記録媒体１１０ａ上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録あるいは消去が行われる。第１の青色光記録媒体１１０ａから反射した光束は、往路とは反対回りの円偏光となり、再び略平行光とされ、１／４波長板１０８を通過して往路と直交した直線偏光になり、偏光ビームスプリッタ１０４で反射され、検出レンズ１１１で収束光とされ、光束分割手段１１２により複数の光路に偏向分割され受光素子１１３に至る。受光素子１１３からは、情報信号，サーボ信号が検出される。
【０１４２】
次に、「使用波長４０５ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍの第２の青色光記録媒体」を記録または再生する場合について説明する。波長４０５ｎｍの半導体レーザ１０１から出射した直線偏光の発散光は、コリメートレンズ１０２で略平行光とされ、偏光ビームスプリッタ１０４を透過し、エキスパンダー光学系１１６を無限系光束で透過し、トリクロイックプリズム１１５を透過し、偏向プリズム１０５で光路を９０度偏向され、ゲストホスト型液晶開口制限素子１０６ａでＮＡ０.６５に制限され、１／４波長板１０８を通過し円偏光とされ、対物レンズ１０９に入射し、第２の青色光記録媒体１１０ｂ上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録あるいは消去が行われる。第２の青色光記録媒体１１０ｂから反射した光束は、往路とは反対回りの円偏光となり、再び略平行光とされ、１／４波長板１０８を通過して往路と直交した直線偏光になり、偏光ビームスプリッタ１０４で反射され、検出レンズ１１１で収束光とされ、光束分割手段１１２により複数の光路に偏向分割され受光素子１１３に至る。受光素子１１３からは、情報信号，サーボ信号が検出される。
【０１４３】
次に、「使用波長６６０ｎｍ、ＮＡ０.６５、光照射側基板厚０.６ｍｍのＤＶＤ系光記録媒体」を記録または再生、消去する場合について説明する。また前述の実施の形態５において説明したように、ＤＶＤ系光記録媒体のピックアップには受発光素子を１つのキャンの中に設置したホログラムユニット２０１が用いられる。このホログラムユニット２０１の半導体レーザ２０１ａから出射された６６０ｎｍの光束は、ホログラム２０１ｂを透過し、コリメートレンズ２０２で平行光とされ、ダイクロイックプリズム２０４を透過し、青色波長帯域の光は透過し、赤色および赤外波長帯域の光束は反射させるトリクロイックプリズム１１５によって偏向プリズム１０５の方向に反射され、偏向プリズム１０５によって光路が９０度偏向され、ゲストホスト型液晶開口制限素子１０６ａでＮＡ０.６５に制限され、１／４波長板１０８を通過し円偏光あるいは楕円偏光とされ、対物レンズ１０９に入射し、ＤＶＤ系光記録媒体１１０ｃ上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録あるいは消去が行われる。ＤＶＤ系光記録媒体１１０ｃから反射した光束は、偏向プリズム１０５、トリクロイックプリズム１１５で反射され、コリメートレンズ２０２で収束光とされ、ホログラム２０１ｂにより半導体レーザ２０１ａと同一キャン内にある受光素子２０１ｃ方向に回折されて受光素子２０１ｃに受光される。受光素子２０１ｃからは、情報信号，サーボ信号が検出される。
【０１４４】
次に、「使用波長７８５ｎｍ、ＮＡ０.５０、光照射側基板厚１.２ｍｍのＣＤ系光記録媒体」を記録または再生、消去する場合について説明する。ＣＤ系光記録媒体についてもＤＶＤ系光記録媒体と同様にホログラムユニット２１１が一般的に用いられる。このホログラムユニット２１１の半導体レーザ２１１ａから出射された７８５ｎｍの光束は、ホログラム２１１ｂを透過し、コリメートレンズ２１２で所定の発散光とされ、赤色波長帯域の光は透過して赤外波長帯域の光束は反射させるダイクロイックプリズム２０４で反射し、青色波長帯域の光は透過して赤色および赤外波長帯域の光束は反射させるトリクロイックプリズム１１５によって偏向プリズム１０５の方向に反射され、偏向プリズム１０５によって光路が９０度偏向され、ゲストホスト型液晶開口制限素子１０６ａでＮＡ０.５０に制限され、１／４波長板１０８を通過し円偏光あるいは楕円偏光とされ、対物レンズ１０９に入射し、ＣＤ系光記録媒体１１０ｄ上に微小スポットとして集光される。このスポットにより、情報の再生、記録あるいは消去が行われる。ＣＤ系光記録媒体１１０ｄから反射した光束は、偏向プリズム１０５、トリクロイックプリズム１１５、ダイクロイックプリズム２０４で反射され、コリメートレンズ２１２で収束光とされ、ホログラム２１１ｂにより半導体レーザ２１１ａと同一キャン内にある受光素子２１１ｃ方向に回折されて受光素子２１１ｃに受光される。受光素子２１１ｃからは、情報信号，サーボ信号が検出される。
【０１４５】
本実施の形態９においては、第１，第２の青色光記録媒体１１０ａ，１１０ｂ、ＤＶＤ系，ＣＤ系光記録媒体１１０ｃ，１１０ｄの４種類の光記録媒体に記録または再生を行うため、４段階の開口の切り換えが必要となる。第１の青色光記録媒体１１０ａではＮＡ０.８５となるφ１、第２の青色光記録媒体１１０ｂではＮＡ０.６５となるφ２、ＤＶＤ系光記録媒体１１０ｃではＮＡ０.６５となるφ３、ＣＤ系光記録媒体１１０ｄではＮＡ０.５０となるφ４を選択するものとした場合、φ１＞φ３＞φ２＞φ４となる。ここでφ３とφ２が同じＮＡに対して、開口径が異なるのは、長波長ほど焦点距離が相対的に伸びるためであり、前述した（数１）から明らかなように同じＮＡを得るためには、φ３をφ２より大きくする必要がある。
【０１４６】
このような４段階の開口制限素子としてゲストホスト型液晶開口制限素子１０６ａを用いる。実施の形態５においても説明したように、図２５に示すような選択的な環状遮光フィルタして機能する。各光記録媒体に応じてＮＡを変更するもので、具体的には、環状のパターンを持った液晶シャッタからなり、対物レンズ１０９に入射する光束の外周部を選択的に遮光するものである。
【０１４７】
図３２は、一般的な対物レンズの基板厚みと発散度の関係を示した特性図である。横軸は基板厚み、縦軸は対物レンズに入射する光束の発散度の関数で使用状態における対物レンズの倍率である。対物レンズより基板側へ出射する光束は常に収斂光であるので、対物レンズに収斂光が入射するときの符号を「＋」，発散光が入射するときの符号は「−」とする。また、この倍率が「０」のときは、対物レンズへは平行光が入射する。図３２中の曲線は各基板厚に対し、波面収差を最小とする倍率を結んだものであり、例えば基板厚「Ｂ」において平行光入射が最良の場合、基板厚が厚くなるほど「−」、すなわち発散光、薄くなるほど「＋」すなわち収斂光を入射させてやると収差が小さくなるということが一般に知られる。
【０１４８】
よって、図３３（ａ）〜（ｄ）に示すように、第１の青色光記録媒体１１０ａの場合に収斂光入射、第２の青色光記録媒体１１０ｂおよびＤＶＤ系光記録媒体１１０ｃの場合に平行光入射、ＣＤ系光記録媒体で発散光入射において、収差最良となる対物レンズ形状が得られる。例えば、第１の青色光記録媒体１１０ａの場合は、基板厚が薄くなった分で生じるアンダーの球面収差を、収斂光によるオーバーの収差で打ち消している。なお、図３４に示すレンズデータの記載方法は前述した図２１などに記載したものと同様である。
【０１４９】
また選択倍率としては、前述した例に限られるものではなく、図３２から、第１の青色光記録媒体１１０ａの場合に無限系入射、第２の青色光記録媒体１１０ｂおよびＤＶＤ系光記録媒体１１０ｃおよびＣＤ系光記録媒体１１０ｄにおいて発散光入射において収差最良となるレンズであってもよい。あるいは、第１の青色光記録媒体１１０ａの場合に収斂光入射、第２の青色光記録媒体１１０ｂおよびＤＶＤ系光記録媒体１１０ｃおよびＣＤ系光記録媒体１１０ｄの場合に発散光入射で収差最良となるレンズであってもよい。
【０１５０】
また、図３１に示すように、第１，第２の青色光記録媒体１１０ａ，１１０ｂに対し、対物レンズ１０９への入射光束の発散状態を切り換える手段として、エキスパンダー光学系１１６を用いればよい。このエキスパンダー光学系１１６は正負、パワーの異なるレンズ１１６ａ，１１６ｂを光軸上に配置したものであって、レンズ間距離を変化させることにより、エキスパンダー光学系１１６を通過した光束の発散状態を変化させられる。 
【０１５１】
図３５は本発明の実施の形態１０における光情報処理装置の概略構成を示す透過斜視図である。
【０１５２】
光情報処理装置である情報記録再生装置１０は光記録媒体２０に対して、光ピックアップ１１を用いて情報の記録または再生、消去の１以上を行う装置である。この実施の形態９において、光記録媒体２０はディスク状であって、保護ケースのカートリッジ２１内に格納されている。光記録媒体２０はカートリッジ２１ごと、挿入口１２から情報記録再生装置１０に矢印「入」方向へ挿入セットされ、スピンドルモータ１３により回転され、光ピックアップ１１により情報の記録や再生、あるいは消去が行われる。なお、光記録媒体２０は保護ケースに入れられている必要はなく裸の状態であってもよい。
【０１５３】
この光ピックアップ１１として、前記実施の形態１〜９に記載された光ピックアップを適宜用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１５４】
本発明に係る光ピックアップとこれを用いる光情報処理装置は、所定の収差補正と開口制限を行う手段を備えて、１つの対物レンズでＮＡと基板厚の異なる２つの青色光記録媒体について良好なスポット形成でき、さらに、従来のＤＶＤ系あるいはＣＤ系の光記録媒体にも良好なスポット形成でき、複数種類の光記録媒体に対して情報の記録，再生，消去の少なくともいずれか１以上を行う光情報処理装置の光ピックアップ等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１５５】
【図１】本発明の実施の形態１における光ピックアップの概略構成を示す図
【図２】本実施の形態１における偏光選択性開口制限素子の動作を説明する図
【図３】本実施の形態１における偏光選択性開口制限素子の（ａ）は構造、（ｂ）は偏光フィルムの偏光領域を示す図
【図４】本実施の形態１におけるＴＮ型液晶の偏光面切換素子の特性を示す図
【図５】本実施の形態１における回折によって光束径を切り換える偏光選択性開口制限素子を説明する図
【図６】本実施の形態１における偏光選択性回折光学素子の（ａ）は複屈折媒質の光束透過特性、（ｂ）は回折格子領域、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ’線の断面の鋸歯状、（ｄ）は（ｂ）のＡ−Ａ’線の断面の階段状を示す図
【図７】本実施の形態１における吸収によって光束径を切り換える偏光選択性開口制限素子を説明する図
【図８】本実施の形態１における第１の青色光記録媒体で良好な収差特性に設計された対物レンズを、第２の青色光記録媒体に用いたときに発生する波面収差を示す図
【図９】本実施の形態１における収差補正素子の光束が入射される偏光選択性回折格子形成領域の面を表した図
【図１０】本実施の形態１における図９のＡ−Ａ’線の断面で、（ａ）は鋸歯状、（ｂ）は階段状の構成例を示す図
【図１１】本実施の形態１における図１０（ａ）に示す収差補正素子（回折光学素子）の透過光束の形状を表した図
【図１２】本実施の形態１における複屈折媒質を利用した位相シフタ素子（回折光学素子）の透過光束の形状を表した図
【図１３】本発明の実施の形態２における光ピックアップの概略構成を示す図
【図１４】本実施の形態２における（ａ）は開口制限素子のゲストホスト型液晶を用いたシャッタ領域、（ｂ），（ｃ）はその動作原理を示す図
【図１５】本実施の形態２における液晶収差補正素子を示す（ａ）は断面図、（ｂ），（ｃ）は所定の電圧を印加する給電部あるいは分割電極を示す図
【図１６】本実施の形態２における（ａ）は波面収差（実線）と液晶素子による波面の遅れ（破線）、（ｂ）は補正後の波面収差、（ｃ）は波面収差（実線）と別の液晶素子による波面の遅れ（破線）、（ｄ）は補正後の波面収差を２次元曲線として示す図
【図１７】本発明の実施の形態３における光ピックアップの概略構成を示す図
【図１８】本実施の形態３における収差補正用回折光学素子の（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線の断面で鋸歯状、（ｃ）は階段状を示す図
【図１９】本実施の形態３における回折光学素子の（ａ）は０次光を対物レンズを介して第１の青色光記録媒体上、（ｂ）は１次回折光を対物レンズを介して第２の青色光記録媒体上に集光する状態を示す図
【図２０】本実施の形態３における横軸に回折格子の溝深さ、縦軸に回折格子の回折効率の変化を算出した結果を示す図
【図２１】本実施の形態３における対物レンズのレンズデータを示す図
【図２２】本発明の実施の形態４における対物レンズに回折格子面を設けた（ａ）は０次光を対物レンズを介して第１の青色光記録媒体上、（ｂ）は１次回折光を対物レンズを介して第２の青色光記録媒体上に集光する状態を示す図
【図２３】本実施の形態４における対物レンズのレンズデータを示す図
【図２４】本発明の実施の形態５における光ピックアップの概略構成を示す図
【図２５】本実施の形態５における４段階の開口制限素子の選択的な環状遮光フィルタして機能するゲストホスト型液晶開口制限素子を示す正面図
【図２６】本実施の形態５における第１の青色光記録媒体に対して波面収差最小の対物レンズで集光した（ａ）は第２の青色光記録媒体に発生する波面収差、（ｂ）はＤＶＤ系光記録媒体に発生する波面収差、（ｃ）はＣＤ系光記録媒体に発生する波面収差を示す図
【図２７】本実施の形態５における３つの異なる波面収差を補正する液晶収差補正素子の電極構成を示す図
【図２８】本発明の実施の形態６における光ピックアップの概略構成を示す図
【図２９】本発明の実施の形態７における光ピックアップの概略構成を示す図
【図３０】本発明の実施の形態８における光ピックアップの概略構成を示す図
【図３１】本発明の実施の形態９における光ピックアップの概略構成を示す図
【図３２】本実施の形態９における対物レンズの基板厚みと発散度の関係を示した特性図
【図３３】本実施の形態９における（ａ）は第１の青色光記録媒体、（ｂ）は第２の青色光記録媒体、（ｃ）はＤＶＤ系光記録媒体、（ｄ）はＣＤ系光記録媒体に対物レンズにより集光する状態を示す図
【図３４】本実施の形態９における対物レンズのレンズデータを示す図
【図３５】本発明の実施の形態１０における光情報処理装置の概略構成を示す透過斜視図
【符号の説明】
【０１５６】
１０  情報記録再生装置
１１  光ピックアップ
１２  挿入口
１３  スピンドルモータ
１４  キャリッジ
２０  光記録媒体
２１  カートリッジ
２２  シャッタ
１０１，２０１ａ，２１１ａ  半導体レーザ
１０２，２０２，２１２  コリメートレンズ
１０３  偏光面切換素子
１０４  偏光ビームスプリッタ
１０４’  ハーフミラー
１０５  偏向プリズム
１０６  偏光選択性開口制限素子
１０６ａ  ゲストホスト型液晶開口制限素子
１０６ｃ  波長選択性開口制限素子
１０７  偏光選択性収差補正素子
１０７ａ  液晶収差補正素子
１０７ｂ  収差補正用回折光学素子
１０７ｃ  波長選択性収差補正素子
１０８  １／４波長板
１０９，１０９’  対物レンズ
１１０ａ  第１の青色光記録媒体
１１０ｂ  第２の青色光記録媒体
１１０ｃ  ＤＶＤ系光記録媒体
１１０ｄ  ＣＤ系光記録媒体
１１１  検出レンズ
１１２  光束分割手段
１１３，２０１ｃ，２１１ｃ  受光素子
１１５  トリクロイックプリズム
１１６  エキスパンダー光学系
１１６ａ，１１６ｂ  レンズ
１２６  偏光フィルム
１２７  透明ガラス
１２８  領域
１２９  偏光フィルム形成領域
１３０  ガラス
１３１，１３３  等方性媒質
１３２，１３４  複屈折媒質
１３６  ゲストホスト型液晶
１３７ａ，１３７ｂ  ガラス基板
１３８  導電性スペーサ
１３９ａ，１３９ｂ  電極
１４０ａ，１４０ｂ  絶縁膜
１４１ａ，１４１ｂ  配向膜
１４２  電極引出部
１４３  液晶
１４５，１４６  透明電極
１４５ａ，１４５ｂ，１４５ｃ，１４６ａ，１４６ｂ，１４６ｃ  メタル電極
２０１，２１１  ホログラムユニット
２０１ｂ，２１１ｂ  ホログラム
２０４  ダイクロイックプリズム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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